摘 要

如今随着科技和经济的发展，能源大量被消耗，由于面临着资源紧缺的压力，人们开始注意到清洁能源的开发。其中，风能备受关注。我国风力能源丰富，分布相当广泛，风能作为一种可再生能源和清洁能源，发展迅猛。风能为解决中国的资源欠缺危机以及实现可持续发展创造了先决环境。风力发电的提升十分迅猛，它的单机容量从一开始的几十千瓦级逐步扩展到兆瓦级机组，控制的方法也从基本单一的定桨距失速控制转变成为了全桨叶变距以及变速控制发展。而永磁直驱风机靠着能顺应比较低的风速，并且能耗比较小、后续维护成本不高的优点，更为发展迅速。本文以全功率风机发电系统中的机电控制系统为研究平台，对全功率风机的转速控制系统和桨距角系统进行了设计以及研究，在MATLAB/Simulink中搭建全功率风机控制系统的模型。并验证所设计机电控制系统的有效性及动态特性。

关键词:风力发电；全功率风力发电机；转速；桨距角

Abstract

Now with the development of technology and economy, a large amount of energy has been consumed.Due to face the pressure of a shortage of resources, people began to pay attention to the development of clean energy, amount which the wind energy is being concerned.China is rich in wind power resource, distribution of a wide range, wind power, as a renewable and clean energy, swift and violent development. Wind energy has provided the conditions to tackle the problem of energy shortage in our country and achieve sustainable development.Wind power is developing very fast, and the capacity of single from the beginning of the tens of thousands of watt level to MW unit and control from a single fixed pitch stall control to change the blade pitch and variable speed control development. The permanent magnet PMSG on can adapt to low speed and low energy consumption, the follow-up maintenance. The utility model has the advantages of low cost, is developing rapidly. This paper with full power wind turbine generating system of electromechanical control system as the research platform, the full power fan speed control system and pitch angle system has carried on the design and research, in Matlab / Simulink to build the wind power machine control system model. And verify the design effectiveness and dynamic characteristics of mechanical and electrical control system.

Key words：Wind power generation；Full power wind power generator；speed；Pitch angle

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 风力发电的前景与可能性 1

1.3 风力发电现阶段技术水平 2

1.4我国风电发展面临的主要问题 3

1.4.1弃风限电问题急待处理 3

1.4.2风电发展规划和电网建设规划不相符合 3

1.4.3风电设备制造业轻视设备质量 3

1.5本课题研究内容 3

第2章 全功率风机机电控制系统的工作原理 5

2.1全功率风机控制系统工作原理 5

2.2定桨距调节技术和变桨距调节技术 5

2.2.1定桨距失速调节技术 5

2.2.2变桨距调节技术 6

2.2.3变桨距控制系统 7

2.3变速恒频直驱式永磁风电机组 8

第3章 全功率风机机电控制系统的建模与分析 10

3.1引言 10

3.2永磁同步发电机模型 10

3.3桨距角控制 11

3.4机侧可控整流系统 12

3.5永磁同步电机的矢量控制策略 13

3.5.1id=0 控制 14

3.5.2最大电磁转矩与电流比控制 15

第4章 全功率机电控制系统的仿真 16

4.1风机模型的搭建 16

4.2变桨距模块的仿真分析 17

4.3转速环模块的仿真分析 19

第5章 总结与展望 24

5.1总结 24

5.2展望 24

参考文献 25

致谢 26

1. 绪论

过去主要应用异步发电机于风力发电机组，该系统需要升速齿轮箱作为纽带来使高速的发电机和低速的风力机协调。但是，由于风电机组单机容量的不断增加，一些随之而来的故障比如齿轮箱的高速传动越来来越明显。这使得直驱式风机开始出现在市场上，因为不要要齿轮箱，而且主轴相连低速多极同步发电机。因为没有升速齿轮箱，直驱风力发电系统又降低了风力发电机的体积与重量还不需要保养，没有那么大的干扰，稳定性也有所提升，比非直驱风力系统更能够符合现在形势所趋的电网结构。纵观我国的地理状况以及形势来看，比起双馈式电机，永磁直驱风机更适用于我国，低风速的三类地区拥有全部风能的50%左右。总的来说，未来我国风力发电机的提升方向主要是永磁直驱风机。

1.1 课题背景

能源问题一直是世界各国持续关注的问题之一，想要实现持续性发展必须开发出新型能源。风能在这样的环境中应运而生，而我国的风能资源丰富，风能作为一种清洁能源引起了广泛的关注。大力发展风力成为了能源发展的主要课题之一。

由于风力发电技术是一种不同于传统的技术，因此该技术受到了各界的广泛关注，比起传统风机，新型风机在此基础上开始一步步的提升性能，改变工作方式，提升容量，这使得风电产业发展迅猛并且一直保持着这样的趋势，全年风电最新增长装机容量1981万千瓦，增长的装机容量是史上最多，累计并网装机容量达到9637万千瓦，是整个发电装机容量的7%，占全球风电装机的27%。2014年风电上网电量1534亿千瓦时，占全部发电量的2.78% ^[1]。因此，风力发电的技术研究具有重要意义。在二十世纪的末期发起的新能源技术革命中，全世界的紧密关注都对准了并网运行的发电技术，并且快速落实了商业化以及产业化。特别是随着计算机和控制技术的飞速发展，风力发电的发展变得极为迅速，它的单机容量从一开始的几十千瓦级逐步提升到了兆瓦级机组，控制方式也从最开始的非常基础的定桨距失速控制向全桨叶变距以及变速控制的方向产生改变。