直驱式永磁风力发电机的转速控制

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1、沈阳工业大学硕士学位论文直驱式永磁风力发电机的转速控制TheRotorSpeedControlofWindEnergyConversionSystemBasedonPMSG作者：郭建强单位：信息科学与工程学院指导教师：王向东教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年3月1日学位授予单位：沈阳工业大学摘要在快速发展的新能源产业中，风能以储备量大、清洁无污染、可持续使用等优势而备受关注。直驱型永磁风力发电系统由于不需要增速齿轮箱以及额外的励磁电源设备，减少了系统的成本以及设备维护，在风力发电系统中得到了广泛的使用。随着全功率变流器技术的成熟发展，风电机组的

2、控制策略由传统的对风力机的机械控制，发展到了对发电机的电气控制，矢量控制策略在直驱型永磁风力发电系统中得到了广泛的应用。在对机组的动态性能进行研究时，对机组的传动轴采用两质量块的轴系模型，采取功率信号反馈的控制策略，通过特征值分析了系统的稳定性，在风速发生变化时，传动系统会产生扭转震荡，使发电机转速产生脉动。为了使系统稳定，通常采用增加机组阻尼的方法来消除震荡，这种策略通常需要通过设计数字滤波器来实现，但是想要设计一个精确的数字滤波器是难度很大。本文以永磁同步风力发电机(PMSG)的数学模型以及电机的矢量控制理论为基础，对机组的动态性能进行了分析。针对在风速变化过程中，发电机会产生

3、转速脉动的现象，提出了基于最大电磁转矩与电流比(MPTA)的矢量控制策略，通过控制发电机的电磁转矩对系统进行调速，直接对发电机的转速进行控制，消除转速震荡，使系统能够稳定运行。最后通过Matlab/Simulink软件对控制策略进行了仿真验证，首先在恒风速的条件验证了该控制方案的可行性；然后在风速变化时，对控制方案进行了验证，由仿真结果可以看出本文提出的控制策略能够有效的减小系统的转速脉动，使系统能够稳定运行，减少了系统的机械损耗，增加了机组的使用寿命。关键词：永磁同步发电机，两质量块模型，转速震荡，矢量控制IAbstractIntherapiddevelopmentoftheen

4、ergyindustry,windenergyhasreceivedsignificantattentionforthecharacteristicoflargereservesandpollution-free.Direct-drivenconfigurationwithpermanent-magnetsynchronousgenerator(PMSG)isanattractivechoiceforwindenergyconversionsystems(WECS)becauseofthegearboxelimination,noadditionalexcitationequipm

5、entandlowmaintenancerequirements.Withthematuredevelopmentoffullpowerconvertertechnology,thecontrolstrategiesofWECShaschangedfromthetraditionalmechanicalcontrolofwindturbinetotheelectriccontrolofthegenerator,andthevectorcontrolstrategyhasbeenwidelyusedinthedirect-driveWECSbasedonPMSG.Inthestudi

6、esofthedynamicperformanceofthedirect-driveWECSbasedonPMSG,atwo-massmodelofthedrivetrainisusedinthispaper.Thestabilityofthesystemcanbeanalyzedthroughtheeigenvaluebasedonthepowersignalfeedback(PSF)controlstrategy.Anditisimpliedthatthedrivetraincancauseoscillationswhichcanmakeapulsationtotherotor

7、speedwhenthewindspeedvaries.Forthepurposeofthestabilityofthesystem,amethodofaddingthestiffnessofthesystemisusuallyusedtodamptheoscillation.Anditisusuallyrealizedbydesigningadigitalnotchfilterwhichishardtodesign.Inthispaper,thedynamicoft