永磁风力发电机仿真

直驱风力发电实验仿真平台技术方案一、直驱风力发电实验仿真平台设计初衷在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。

永磁直驱风力发电机不仅可以提高发电机的效率，并且因为发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环等易耗机械部件，提高了系统的可靠性，而且不需要电励磁装置，能在增大电机容量的同时，减少体积。

另外，风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。

目前大多风力发电系统发电机与风轮并不是直接相连，而是通过变速齿轮连接，这种机械装置不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且容易出现故障，是风力发电急需解决的瓶颈问题。

直驱式风力发电机可以直接与风轮相连，增加了系统的稳定性，减少了维护工作，并且还降低了噪音。

因此鉴于诸多优点，国内各类科研单位，都青睐于对永磁直驱风力发电的研究。

那么，在风力发电产业蓬勃发展的国际环境下，风力发电水平不断提高。

科研实验室作为各种新理论和新技术的孕育摇篮，其先期的研究和验证对风电技术的发展和前进起着至关重要的引导和推动作用。

进行实验研究最直接有效的方法是将风力发电机与风力机相连，进行现场实际试验。

但是鉴于所需要的风场环境以及体积庞大、结构复杂的桨叶设备，实验室内不可能具备条件，只能在室外进行现场调试。

但是，受环境、自然因素、天气条件等影响，现场实验困难重重，比如：无法自由的对风速进行变化，某些高风速下的极限测试只能在极少数情况下得以实现，实验周期长，人力、物力、经费投入大；新理论和新技术存在诸多的未知数，实验结果的好坏难以预测，现场调试风险巨大；电气设备的运算和安装不便，不同容量设备难以在同一风力系统进行试验；这些因素都要求在实验室内构件模拟系统来模拟实际风力机的真实工作特性势在必行。

对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一整套模拟定桨距式的永磁直驱风力发电的实验仿真平台。

通过此平台，研究人员可以研究永磁直驱风力发电机的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于对风力发电系统的控制技术展开全面深入的研究，具有重要的显示意义。

《基于RTDS的永磁风力发电机场站级低电压穿越仿真分析》篇一一、引言随着可再生能源的快速发展，风力发电作为绿色能源的重要组成部分，在全球范围内得到了广泛的应用。

永磁风力发电机因其高效、可靠的特点，在风力发电领域占据重要地位。

然而，风力发电场的稳定运行面临诸多挑战，其中之一便是低电压穿越（LVRT）问题。

本文将针对基于RTDS（实时数字仿真系统）的永磁风力发电机场站级低电压穿越问题进行仿真分析，以深入理解其工作原理及性能表现。

二、RTDS系统概述RTDS是一种实时数字仿真系统，能够模拟电力系统各种复杂的动态过程。

在风力发电领域，RTDS系统可用于模拟风力发电场的运行状态，包括风速、发电机运行状态、电网电压等。

通过RTDS系统，我们可以对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析，以评估其在电网故障时的性能表现。

三、永磁风力发电机低电压穿越问题分析低电压穿越是指风力发电机在电网电压降低时，仍能保持并网运行并输出一定功率的能力。

对于永磁风力发电机而言，其低电压穿越能力的强弱直接影响到风电场的稳定运行。

当电网电压降低时，若永磁风力发电机无法及时响应并调整输出功率，可能导致风电场与电网解列，造成能源损失。

因此，对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析具有重要意义。

四、基于RTDS的仿真分析本文采用RTDS系统对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析。

首先，建立风电场的仿真模型，包括风速模型、永磁风力发电机模型、电网模型等。

然后，模拟电网电压降低的故障情况，观察永磁风力发电机的响应过程及输出功率的变化情况。

通过仿真分析，我们可以得到以下结论：1. 永磁风力发电机在电网电压降低时，能够迅速响应并调整输出功率，保持并网运行。

2. 不同风速下，永磁风力发电机的低电压穿越能力有所差异。

在较高风速下，发电机能够更好地保持并网运行及输出功率的稳定性。

3. 通过合理控制励磁电流和桨距角，可以进一步提高永磁风力发电机在低电压穿越时的性能表现。

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感谢支持！(Thank you fordownloading and checking it out!)永磁电机有限元仿真流程一、永磁电机概述永磁电机简介：永磁电机是一种将电能转化为机械能的电动机，其特点是在转子或定子上安装有永磁体，使得电机具有较高的转速和效率。

永磁电机的工作原理是利用永磁体产生的磁场与电流产生的磁场相互作用，从而实现电能到机械能的转换。

永磁电机在现代工业中应用广泛，包括电动汽车、风力发电、机器人等领域。

永磁电机的类型及特点：根据永磁体的类型和安装位置，永磁电机可以分为以下几种类型：（1）永磁同步电机（PMSM）：永磁同步电机具有转速与电网频率同步的特点，其转子上的永磁体与定子上的绕组产生的磁场相互作用，从而实现电能到机械能的转换。

永磁同步电机具有高效率、高功率密度的优点，广泛应用于电动汽车、风力发电等领域。

（2）无刷直流电机（BLDC）：无刷直流电机采用电子换向器代替传统的机械换向器，从而实现了电机的无刷化。

其转子上的永磁体与定子上的绕组产生的磁场相互作用，实现电能到机械能的转换。

无刷直流电机具有高效率、高转速、低维护成本的优点，广泛应用于电动工具、家用电器等领域。

（3）永磁感应电机（PMIM）：永磁感应电机是一种采用永磁体提高感应电机效率的电机。

其转子上的永磁体与定子上的绕组产生的磁场相互作用，实现电能到机械能的转换。

永磁感应电机具有高效率、低噪音、低振动的特点，广泛应用于白色家电、工业自动化等领域。

各类永磁电机具有不同的特点和应用领域，因此在实际应用中需要根据具体需求选择合适的永磁电机。

风力发电系统模型搭建与仿真分析采用小型永磁同步电机分析模型并且忽略其磁饱和度。

永磁发电机的数学模型如下：(3-8)代表永磁发电机在d 轴流过的电流，u d代表发电机在d 轴上的电压，L d 代表永磁式中id发电机在d 轴上的电感。

i q 代表永磁发电机在q 轴流过的电流，u q 代表发电机在q 轴上的电压，L q 代表永磁发电机在q 轴上的电感。

发电机角速度是①e ，发电机定子电阻是R a ，发电机的电磁转矩是T e 。

发电机永磁体磁链是Ψ。

当转子表面装有磁铁时，有效气隙可视为常数。

这是因为永磁材料相对磁导率大概一致[55] 。

所以d轴与q轴同步电感一致，即L d =L q =L 化简为：(3-9)其中T与成i q 正比。

如果发电机电磁转矩变大，系统中的定子电流也会随之变大，e进而对定子电流进行控制，使得发电机电磁转矩与风力涡轮输出转矩T 均衡，实现最大功率输出。

在仿真平台上搭建风力发电系统最大功率点跟踪仿真模型，模型图如下图3-8 所示。

AC/DC 采用了不可控整流二极管，DC/DC 变换器使用boost 电路，永磁同步发电机模型直接在Matlab 中调用。

将风机半径设为3.5m ，设置初始风速为4m/s 并进行时长4s 的仿真，在2s 时将风速提升至6m/s。

梯度式扰动观察法中最大功率点跟踪模块的控制策略如图3-9 所示。

图3-8 风力发电系统的控制模型Fig.3-8 Control model of wind power generation system28图 3-9 风力发电最大功率跟踪模块Fig.3-9 Wind power generation maximum power tracking module永磁同步电机参数情况如下表 3-1 所示。

表 3-1 永磁同步电机参数Tab.3-1 Parameter of synchronous machine名称参数大小额定转速（rad/s ） 40 转动惯量（kg/m 2） 0. 189 定子绕组电阻 (Ω) 0.05 定子绕组电感（ m H ）7. 15 极对数 34 磁链（Wb ）0. 1892风力发电系统最大功率跟踪仿真曲线如图 3-10 和 3-11 所示。

matlab中关于永磁同步电机的仿真例子摘要：一、Matlab中永磁同步电机仿真概述二、永磁同步电机仿真模型建立1.参数设置2.控制器设计3.仿真结果分析三、SVPWM算法在永磁同步电机仿真中的应用四、案例演示：基于DSP28035的永磁同步电机伺服系统MATLAB仿真五、总结与展望正文：一、Matlab中永磁同步电机仿真概述Matlab是一款强大的数学软件，其在电机领域仿真中的应用广泛。

永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、高性能的电机，其控制策略和性能分析在Matlab中得到了充分的体现。

利用Matlab进行永磁同步电机仿真，可以有效验证控制策略的正确性，优化电机参数，提高系统性能。

二、永磁同步电机仿真模型建立1.参数设置：在建立永磁同步电机仿真模型时，首先需要设定电机的各项参数，如电阻、电感、永磁体磁链等。

这些参数可以根据实际电机的设计值进行设置，以保证模型与实际电机的特性一致。

2.控制器设计：控制器的设计是电机仿真模型的核心部分。

常见的控制器设计包括矢量控制（也称为场导向控制，Field-Oriented Control, FOC）、直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）等。

在Matlab中，可以利用现有的工具箱（如PMSM T oolbox）方便地进行控制器的设计和仿真。

3.仿真结果分析：在完成控制器设计后，进行仿真实验。

通过观察电机的转速、电流、转矩等参数的变化，可以评估控制器的性能。

同时，可以利用Matlab的图像绘制功能，将仿真结果以图表的形式展示，便于进一步分析。

三、SVPWM算法在永磁同步电机仿真中的应用SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种用于控制永磁同步电机的有效方法。

通过在Matlab中实现SVPWM算法，可以方便地对比不同控制策略的性能。

在仿真过程中，可以观察到SVPWM算法能够有效提高电机的转矩波动抑制能力，减小电流谐波含量，从而提高电机的运行效率。

基于PSCAD的永磁同步风力发电机模型与仿真引言永磁同步风力发电机是当前广泛应用于风力发电领域的一种发电机类型。

它具有高效、低成本和可靠性高的特点，因此被广泛用于风力发电系统中。

为了更好地理解和分析永磁同步风力发电机的性能，需要进行相关的建模和仿真。

PSCAD是一种被广泛应用于电力系统仿真的软件工具，具有强大的仿真功能和友好的用户界面。

本文将介绍基于PSCAD的永磁同步风力发电机的模型建立和仿真步骤。

永磁同步风力发电机模型永磁同步风力发电机的基本原理永磁同步风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。

它由风轮、发电机和控制系统三部分组成。

风轮接受风能并转动，发电机将机械能转化为电能，控制系统用于调节发电机的工作状态。

永磁同步风力发电机的基本原理是利用电磁感应法，通过风轮驱动发电机转动，使导体在磁场作用下产生感应电势，从而实现发电。

PSCAD中永磁同步风力发电机模型的建立首先需要在PSCAD中选择合适的电气元件进行建模，如发电机、风轮和控制系统等。

对于永磁同步风力发电机的模型建立，可以考虑以下几个方面：1.发电机模型：选择合适的发电机模型，可以根据发电机的特性来选择合适的电气元件进行建模。

一般来说，可以选择三相感应发电机或者永磁同步发电机模型。

2.风轮模型：选择合适的风轮模型，可以考虑风轮的转动惯量、风速、风向等因素。

一般来说，可以选择转动质量、转动惯量等参数进行建模。

3.控制系统模型：选择合适的控制系统模型，可以考虑对发电机转速、电压等进行调节。

一般来说，可以选择PID控制器等控制系统进行建模。

PSCAD中永磁同步风力发电机模型的仿真步骤1.创建PSCAD项目：在PSCAD软件中创建新的项目，选取适当的工程设置和仿真参数。

2.导入电气元件模型：选择合适的电气元件模型，如发电机、风轮和控制系统等，在PSCAD中导入相应的电气元件模型。

3.连接电气元件：使用线缆进行电气元件的连接，建立起完整的永磁同步风力发电机系统。

4.2风力发电场简介随着能源危机的出现和环境的日益恶化，被称为绿色清洁能源的风能越来越受到世界各国的广泛重视。

风是山于太阳照射到地球表面各处受热不同，产生温差引起大气运动形成的。

风能就是空气流动所产生的动能。

能够将风能动力转化成电力的装置称为风力发电机组。

由在风力富足的场地安装多台风力发电机组，经电力输送设备将风力发电机组生产的电力送进电网的工厂称为风力发电场。

围绕风力发电场的电力生产、输送目标的电力设备组成的系统称为风力发电场发电系统。

我国风电建设始于20世纪80年代中期。

经过了近20年的发展，到2005年底，全国共建设了40多个风电场，并网风力发电装机容量为105万KW，年发电量约21亿KW/h。

此外，我国还约有20万台小型风力发电机(总容量约为3. 5万KW，用于边远地区居民用电。

我国风电设备制造技术经过近十年的发展有了很大的进步，己经基本掌握了单机容量1000KW左右大型风力发电设备的制造能力。

经过多年的努力，己掌握了一定的风电场运行管理的技术和经验，并造就了一批风电设计、施工的技术人员，为风力发电的大规模开发和利用奠定了良好的基础。

与国外发达国家相比，我国的风电建设虽然起步较早，但总体发展速度较慢，总体规模在亚洲也落后于印度和日本，距离大规模的开发利用仍有一定的差距。

首先我国缺乏详实的风能资源数据，以现有有限的地面气象站的资料，无法满足大规模风场建设的要求。

目前风力发电的成本价和常规火力发电相比，仍有很大差距。

风电场发电成本高主要有以下原因:一是由于国内不能制造商品化并网风电机组，进口风电机组价格较贵:二是风电和水电一样，不消耗燃料，没有进项抵扣，所以风力发电每度电的纳税额高于常规能源发电:三是风电场规模较小，没有形成规模经济效益。

风力发电所产生的特殊问题。

风力发电和常规水电、火电和核电等相比，基本的区别有三点:1)风电机组的有功功率输出是随机的，其大小取决于风的变化:而火电等常规发电机组输出的有功功率和无功功率都可以准确控制:2)目前采用的风电机组绝大多数是异步发电机组，输出随机有功功率的同时，要吸收无功功率，而火电和水电机组全部都是同步发电机组:3)具有相对容量较小的大量风电机组并列运行是风电场的一个重要特点。

基于DIgSILENT的永磁直驱风机低电压穿越仿真及双耗能电阻设计蒋云松;冯剑;郑权国;童剑雄;李华飞;肖金红【摘要】大型风电场中风电机组须具有一定的低压穿越能力(LVRT),以防止故障期间风机大面积脱网.为提高机组LVRT能力,提出一种含双耗能电阻的DC-Chopper 控制策略.该策略以在低电压穿越期间抑制直流侧电压波动为控制目标,考虑监测电网电压跌落深度差异选择不同的耗能电阻,提出一种便捷的耗能电阻计算方法.在DIgSI-LENT/PowerFactory上搭建永磁直驱风力发电系统,仿真结果表明,阻值选择对低电压穿越能力有较大影响;该文所提阻值计算方法高效、简便,并且限制了直流侧电压,使有功功率变化不明显,网侧无功功率较稳定,故障切除后可快速恢复到正常运行水平.【期刊名称】《电力科学与技术学报》【年(卷),期】2018(033)003【总页数】8页(P29-36)【关键词】永磁直驱发电机;DC-Chopper;低电压穿越能力;DIgSILENT/PowerFactory【作者】蒋云松;冯剑;郑权国;童剑雄;李华飞;肖金红【作者单位】中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 ,湖南长沙 410007;中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 ,湖南长沙 410007;国网常德供电公司 ,湖南常德 415000;湘电风能有限公司 ,湖南湘潭 411102;湘电风能有限公司 ,湖南湘潭 411102;湘电风能有限公司 ,湖南湘潭 411102【正文语种】中文【中图分类】TM762与传统的双馈型风力发电机组相比，永磁同步发电机(PMSG)通过全功率变流器与电网相连。

由于其特殊的拓扑结构，变流器将同步发电机与电网完全隔离，当电网发生故障时，发电机自身的运行状态不会直接受到干扰，因而具有较强的低电压穿越能力[1]。

当并网点电压跌落时，通常的做法是将风电机组立即脱网以确保机组的安全。

然而，随着风电装机容量的不断扩大，风电机组与电网之间的相互影响也日趋严重。

基于Matlab_Simulink的永磁直驱风⼒发电机组建模和仿真研究-2发电机参数：极对数42；d 轴电抗1.704mL ；q轴电抗1.216mL ；转⼦磁通4.7442Wb ；转动惯量11258J 。

PI 参数：⽹侧电流内环d 轴（1.5、1），q 轴（0.5、37）；⽹侧功率外环（0.0002、0.05）；直流侧电压（2、120）；机侧电流内环d 轴（-3、-24），q 轴（-3、-80）；机侧功率外环（-3、-60）。

本仿真中风速由6m/s 变化到9m/s ，最后变化到12m/s 。

在最⼤风能捕获控制情况下，随着风速的变化，转⼦转速不断调整，以保持最佳叶尖速⽐，从⽽达到最⼤风能利⽤，图8为风速、转⼦转速、机械和电磁转矩变化曲线。

机侧电压电流变化如图9所⽰，在最⼤风能捕获模式下，电压和电流频率随着风速的增⼤⽽增⼤，电压幅值从260V 变化到400V 、540V ，电流幅值变化为380A 、850A 、1500A 。

电⽹侧及直流侧电压电流变化如图10所⽰，电⽹电压保持恒定，电流幅值随着风速的增⼤⽽增⼤变化范围为：168A 、580A 、1290A 。

直流侧电压在风速突变时有⼀个充电过程，电压升⾼，最⾼达到1320V ，经过⼤约0.1s的暂态过程后恢复到额定值1200V 。

永磁直驱发电机输⼊电⽹有功及⽆功功率如图11所⽰，有功功率随着风速的升⾼⽽不断变化，最后维持在1.1MW ，⽆功功率基本保持为零，波动幅值为5kW 。

实际输出有功功率与参考功率的⽐较如图12所⽰，在风速突变后参考功率⼤于实际输出功率，经过⼤约0.1s 的暂态过程后基本吻合。

永磁直驱发电系统机侧及⽹侧电压电流的d 、q 轴分量的变化如图13、14所⽰。

机侧电压d 、q 轴分量随着风速变化⽽变化，机侧电流采⽤零d 轴控制策略，所以d 轴分量维持为零，q 轴分量反映功率的变化。

⽹侧电压保持恒定，因为⽆功参考值为零，所以图11输⼊电⽹有功及⽆功功率Fig.11Active and reactive power input togrid图12输⼊电⽹有功功率与参考功率图Fig.12Active power input to grid and it ’sreference第27卷第9期电⽹与清洁能源图10电⽹侧及直流侧电压电流变化Fig.10Variation of voltage and current of grid and DC side 图9机侧电压电流变化Fig.9Variation of generator-side voltage andcurrent图8风速、转⼦转速、转矩变化Fig.8Variation of wind speed,rotor speed andtorqueClean Energy97电流q 轴分量为零。

基于JMAG软件的永磁电机仿真分析永磁电机是一种利用永磁体产生磁场来驱动旋转的电机，其在电动汽车、风力发电等领域具有重要应用。

为了更好地理解和优化永磁电机的性能，仿真分析成为了一种有效的工具。

JMAG软件是一款专业的电磁场仿真软件，提供了强大的功能和精确的仿真结果，因此被广泛用于永磁电机的仿真分析。

永磁电机的性能和效率受多种因素影响，包括永磁体的材料和形状、电机的结构和线圈布局等。

针对这些因素，利用JMAG软件进行仿真分析可以帮助工程师更好地理解电机的工作原理和特性，从而优化设计方案。

本文将详细介绍基于JMAG软件的永磁电机仿真分析的方法和步骤，并结合实际案例进行分析和讨论。

进行永磁电机的建模是仿真分析的第一步。

在JMAG软件中，可以通过建立几何模型、定义材料参数和设置边界条件来完成电机的建模。

对于永磁电机而言，永磁体的建模尤为重要，因为永磁体的性能直接影响电机的输出功率和效率。

在建模过程中，还需要考虑电机的结构和线圈布局，以及空气隙和铁心等部件的影响。

一旦完成电机的建模，接下来就是进行电磁场分析。

JMAG软件可以通过有限元方法求解电机内部的磁场分布，包括磁感应强度、磁场密度和磁力线等参数。

通过分析这些参数，可以了解电机内部的磁场分布情况，检查是否存在磁场偏斜、磁场饱和等问题，为进一步优化电机提供参考。

还可以利用JMAG软件进行电机的磁路分析和电磁场热耦合分析。

磁路分析可以评估电机的磁路长度、磁阻和漏磁情况，以及磁路中可能存在的损耗和磁滞等问题。

电磁场热耦合分析则能够评估电机在工作时的温升情况，找出可能存在的热点和温度过高的部位，为电机的散热设计提供依据。

JMAG软件还提供了丰富的后处理功能，可以对仿真结果进行可视化和分析。

可以绘制磁场分布图、磁通密度图、电磁力分布图等，直观地了解电机内部的磁场分布情况。

还可以通过后处理功能进行参数化分析，评估不同设计方案对电机性能的影响，为优化设计方案提供依据。

基于PSCAD仿真软件的永磁直驱风力发电系统的控制研究一、风力机特性分析图1-1风力机模型实际风速和转速，产生风力机的机械转矩和功率，可以测定风力机的转速功率特性，理解最大风能捕获原理。

Tm—w曲线图1-2Tm—w特性取风速为12m/s，风力机转速Wr为0—5rad/s，得出此风速下的Tm—w曲线，如上图所示。

从图中可以看出，Tm随着风力机转速的增大而先增大后减小。

Pm—w曲线图1-3Pm —w 特性取风速为12m/s ，风力机转速Wr 为0—5rad/s ，得出此风速下的Pm —w 曲线，如上图所示。

从图中可以看出，Pm 随着风力机转速的增大而先增大后减小。

风力机捕获的最大功率的标幺值为0.89，基值为1.75MW （仿真中电压的基值是电机端额定电压的幅值，为0.69 1.4141KV KV ⨯=，电流的基值是电机端额定电流的幅值，为1.25KA 1.414 1.75KA ⨯=，功率的基值是1.75KA 1KV 1.75MW ⨯=），实际值为0.89 1.75=1.56MW MW ⨯。

最大功率对应的电机机械转速为 2.35/R W rad s =，所以最佳叶尖速比为opt / 6.07W Wr R V λ=⨯=。

当风速为11.85/m s 时，调整风力机转速，风力机捕获的最大功率的标幺值为0.856，实际值为0.856 1.75 1.5MW MW ⨯=，达到额定功率。

对比相同风速下的风力机Tm —w 曲线和Pm —w 曲线，可以发现Pm —w 曲线要比Tm —w 曲线更向右一些，即风力机捕获的Pm 最大值所对应的风力机转速大于机械转矩Tm 最大值所对应的风力机转速。

图1-4转子承受动力方程风力机的机械转矩拖动转子产生转速，定子磁场和转子磁场相互作用产生电磁转矩。

二、永磁同步发电机的控制策略同步旋转坐标系下永磁同步发电机的数学模型为d d sde q sqq sq e d sd e U pL i -w L i pL i +w L i +w s sd q s sq fR i U R i ψ=+=+（2-1）根据同步旋转坐标系下永磁同步发电机的数学模型，可以采用电流内环、转速外环双闭环控制策略s 33()()22e p sd q sq sd p q q d sdf T N i i N i L L i ψψψ⎡⎤=-=-+⎣⎦（2-2） J r m e dwT T dt-=（2-3）由式（2-2）可知，发电机的电磁转矩e T 是一个关于d i 、q i 的函数，如果控制0d i =,使定子电流的合成矢量全部位于q 轴，则式（2-2）变为：s 32e pf q T n i ψ=（2-4） 则电磁转矩e T 只与s q i 有关。