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1、第27卷第2期计算机仿真2010年2月文章编号:1006-9348(2010)02-0260-04双PWM直驱同步风力发电机最大风能捕获叶傅华,王永(北京航空航天大学,北京100006)摘要:以直驱同步风力发电机组为研究对象,为了提高发电机的系统的效率,降低电机的损耗,采用双PWM变流器拓扑结构,提出了一种最大风能捕获(MPPT)的控制方式。不需要风速信号、风机转速及与风力机系统参数有关的最大功率运行表格,仅需对输出功率进行跟踪计算,使得能达到捕获最大风能的控制效果。采用PSCAD/EMTDC软件进行仿真,
2、仿真结果验证了控制方法的有效性。关键词:直驱;同步电机;最大风能捕获;背靠背整流器中图分类号:TM614文献标识码:AAMaximumPowerPointTrackingMethodforaSynchronousGeneratorWindTurbineWithaBack-to-BackPWMConvertorYEFu-hua,WANGYong(BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100006,China)ABSTRACT:Thispape
3、rdiscussesacontrolmethodformaximumpowerpointtrackingforgearlesswindturbinewithaback-to-backPWMconvertor.Withthealgorithmthepoweroutputofthegeneratoriscalculatedtotrackthemaximumpowerpoint,withouttheneedforeitherknowledgeofwindturbinecharacteristicsorthemea
4、surementsofmechanicalquantitiessuchaswindspeedandturbinerotorspeed.SystemsimulationresultsbyPSCAD/EMTDChaveconfirmedthefunctionalityofthismethod.KEYWORDS:Gearlesswindturbine;Synchronousgenerator;Maximumpowerpointtracking;Back-to-backPWMconvertor有效的控制策略能够减少
5、谐波,降低电机的损耗提高输出效1引言率。本文提出了一种采用双PWM变流器拓扑的永磁同步直变速恒频风力发电的主要目的之一就是实现在低风速驱型风力发电系统最大功率捕获策略,不需要进行风速检测下控制风力机转速,从而配合风速实现最大功率捕获。双馈及任何与系统参数有关的最大功率运行表格,就可以跟踪低[1,2][3]型以及永磁同步直驱型是当前主流的两大变速恒频风速下的最大功率。对提高小型风力发电系统的效率、降低风力发电系统。由于直驱型风力发电系统采用了功率密度制造成本具有一定的参考价值。高、结构简单、控制方便的永磁同步
6、发电机,同时省去了噪声大、故障率高的齿轮箱,提高了发电效率,减少了维护保养的2发电系统拓扑结构工作量。在直驱型风力发电系统中需要采用全功率变流器,采用永磁同步发电机的双PWM直驱型风力发电系统的讨论较多的是“不控整流+PWM逆变器”以及“不控整流+拓扑结构如图1所示,由风力机、永磁同步电机、PWM整流BOOST升压+PWM逆变器”结构。大功率系统中一般采用器、直流支撑电容、PWM逆变器等组成。性价比较高带有BOOST升压的拓扑结构。文献[4-6]针对风能通过风力机转变成机械能后作为永磁同步电机的这两种拓扑结
7、构讨论了实现最大功率捕获的控制策略。如输入。这种由风力机直接驱动交流同步电机来产生电能的果在直驱型风力发电系统的风机侧采用全控整流器不仅可方式,在风力机与发电机之间不需要安装额外的齿轮系统。以对同步电机实现矢量控制,提高控制性能,而且借助一些齿轮装置是整个风力发电系统中故障率最高的部件,采用“直驱”后有利于减少系统维护的工作量,另外由齿轮装置带收稿日期:2008-09-22修回日期:2008-12-16来的噪声也大大降低,整个系统的运行效率得以提高。风力—260—图1双PWM直驱型风力发电系统图2风力机Cp
8、-λ曲线机大部分时候运行在低转速状态,直驱型系统中的发电机与风力机转速一致,所以该系统中使用的发电机为低速交流同大功率。图3示出了输出机械功率与风力机转速n的关系,步发电机。这种同步电机的转子极数要比普通电机多,转子其中n1、n2、n3为对应不同风速(ν1>ν2>ν3)下达到最大功外圆及定子内径的尺寸也较大,轴向长度则相对短些,呈圆率输出时风机的转速。环状。同时为了简化控制、减小电机的体积,采用永磁材料作为电机的
