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摘要
人类的生存和发展离不开能源，能源问题与人类文明的演进息息相关。随着社会和经济的发展，能源的消耗在急骤增长。为了实现人类社会未来的可持续发展与解决化石能源带来的环境问题，必须大力发展新型能源，风能就是一种非常清洁的能源。
现在常用于风力发电的发电机有双馈发电机和永磁直驱同步发电机，永磁同步直驱发电机相比双馈发电机省去了齿轮箱环节，减小了因为齿轮箱带来的机械损耗和设备的不稳定性，转换效率高，具有优越的低电压穿越能力。本文分析了永磁同步直驱风力发电机的工作原理，建立风力发电系统各部分的数学模型，并在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型进行仿真。风力发电机系统仿真模型包括风速模型、风力机模型、发电机模型、变流器模型等。仿真对比了不同风速下风力发电机特性。
关键词：风力发电；MATLAB仿真；数学建模；永磁同步发电机
Abstract
Human can not live without energy, the energy issue is closely linked with the evolution of human civilization. With the social and economic development, energy consumption grow rapidly. In order to achieve the sustainable development of human society in the future and solve the environmental problems caused by fossil fuels, we must vigorously develop new energy sources, wind energy is a very clean source of energy.
Now doubly-fed generator and direct-drive permanent magnet synchronous generator are commonly used in wind power generation system.Compared to doubly-fed generator,direct-drive permanent magnet synchronous generator eliminates the gearbox links, mechanical instability and loss of power reduced because of gearbox’s elimination.Besides,direct-drive permanent magnet synchronous generator brings high conversion efficiency, with superior low-voltage ride-through capability. This paper analyzes how direct-drive permanent magnet synchronous wind turbine works, and builds mathematical model,simulation model in MATLAB/SIMULINK of each part of wind power system. Wind system simulation model includes wind model, wind turbine model, generator model, rectifiers model. The simulation compares the characteristics of the wind turbine under different wind speed.
Key words:wind power generation； MATLAB simulation； mathematical model； permanent magnet synchronous generator
目录
第1章 绪论 1
1.1 风力发电研究的目的及意义 1
1.2 国内外小型风力发电产业现状 1
1.3 发展我国小型风力发电产业的有利条件 2
1.4 论文主要研究内容 2
第2章 风力发电系统介绍 4
2.1 风力发电系统分类 4
2.1.1 恒速恒频风力发电系统 4
2.1.2 变速恒频风力发电系统 5
2.1.3 永磁直驱风力发电系统 5
2.2 风电机组主要参数 6
2.2.1 风轮直径与扫掠面积 7
2.2.2 轮毂高度 8
2.2.3 叶片数 8
2.2.4 额定风速、切入风速和切出风速 8
2.2.5 风轮转速、叶尖速比 9
第3章 永磁直驱风力发电系统数学模型 10
3.1 系统整体结构 10
3.2 风速模型 10
3.3 风力机模型 11
3.4 永磁同步发电机模型 12
3.5 变流器模型 13
3.5.1 不可控整流器+BOOST电路+PWM逆变器 13
3.5.2 PWM整流器+BOOST电路+PWM逆变器 14
第4章 系统MATLAB建模与仿真 15
4.1 系统仿真模块设计 15
4.1.1 风速仿真模型 15
4.1.2 风力机仿真模型 16
4.1.3 永磁直驱发电机模型 17
4.2 仿真参数设定 17
4.2.1 风速仿真模型参数 17
4.2.2 风力机仿真模型参数 18
4.2.3 永磁同步发电机仿真模型参数 18
4.2.4 变流器仿真模型参数 19
4.3 仿真结果及分析 20
4.4 本章小结 22
第5章 总结与展望 23
5.1全文总结 23
5.2课题展望 23
参考文献 24
致谢 25
论文主要研究内容
本文以独立运行小型风力发电系统作为研究对象，本文的工作重点是了解风力发电原理，选择某地全年气象信息建立风速模型,从异步电机、同步电机、直驱电机中选取一种适合千瓦级发电的发电机建立电机模型，基于matlab软件建立风力发电机系统模型。本文的主要研究内容如下：
第一章， 阐述了离网小型风力发电这个课题提出的背景、目的和意义，介绍了国内外风力发电发展概况以及我国发展小型风力发电产业的有利条件，概括总结了风力发电相关技术的发展状况，并简述了本文的研究内容；
第二章， 论述小型风力发电系统的基本组成及工作原理。介绍了目前比较常见的风力发电的技术。包括恒速恒频风力发电系统以及变速恒频风力发电系统，对各种发电技术进行了比较；
第三章，根据当地全年气象建立风速模型；查找风轮资料建立风力机模型；了解风力发电原理，从异步电机、同步电机、直驱电机中选取一种适合千瓦级发电的发电机建立电机模型；
第四章，对风力发电基本系统，包括风速、风力机、发电机的数学模型进行了全面的分析，说明了风力发电系统各个部风最通用的模型，对各个数学模型，应用 MATLAB 软件进行了各模块的建模，对建好的模型进行仿真，同时对仿真出的结果进行分析、评价；
第五章，总结全文的主要工作,并对课题的下一步研究工作进行展望,指出有待改进以及可以进行进一步研究的内容。
