《基于MATLAB的永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)模式仿真研究》6800字（論文）

基于MATLAB的永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)模式仿真研究摘要：近代以來，環(huán)境與資源問題日漸嚴(yán)重。隨著世界各國二氧化碳?xì)怏w的排放，溫室效應(yīng)愈發(fā)嚴(yán)重，由此帶來的一系列氣候異常也在逐漸增多，對全球生命安全形成威脅。特別是2019年7月的澳大利亞山火，釋放了超過4億噸的CO2，更加加劇了溫室效應(yīng)與全球冰川融化。因此，通過各種對環(huán)境友好的方式降低大氣中溫室氣體的含量，應(yīng)對日漸嚴(yán)峻的氣候變化已經(jīng)成為人類共同的目標(biāo)。由于風(fēng)能是一種對環(huán)境十分友好的自然資源，具有很多方便進(jìn)行大規(guī)模使用的特點，所以用風(fēng)力來進(jìn)行發(fā)電的比例正逐日提高。永磁同步發(fā)電機(jī)(PermanentMagnetSynchronousGenerator，PMSG)因為具有簡單的結(jié)構(gòu)所以操作簡單，并且維護(hù)成本低，故而成為了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點，由于風(fēng)力發(fā)電輸出的是交流電，必須采用變流后才能并網(wǎng)行駛,于是在本文中采用了仿真程序MATLAB/Simulink來構(gòu)建了一個風(fēng)電模型,并以模型為主要研究目標(biāo),通過采取合適的算法,最后可以得到方便進(jìn)行并網(wǎng)操作的交流電。所以,構(gòu)建PMSG直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)模式和關(guān)鍵控制策略的意義很重要。首先，本文通過當(dāng)下環(huán)境與資源問題的背景，介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要程度，由此出發(fā)開始研究文章的內(nèi)容；其次通過MATLAB/Simulink來建立風(fēng)力發(fā)電模型，并通過對風(fēng)電技術(shù)控制策略的研究來實現(xiàn)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定；最后通過MATLAB/Simulink進(jìn)行直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：永磁同步發(fā)電機(jī)；并網(wǎng)仿真；最佳葉尖速比目錄第一章緒論 )ΔUgd和ΔUgq表示交叉耦合電壓補償項；第四章風(fēng)電系統(tǒng)仿真分析4.1引言電力系統(tǒng)對于電壓等級、諧波含量這些可能會影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素要求較高，并且在實際生產(chǎn)應(yīng)用中往往不能先投入使用再進(jìn)行較大的調(diào)整，因此對電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真是十分有必要的。通過仿真可以有效了解到該系統(tǒng)在各種因素下可能會出現(xiàn)的情況及其帶來的影響，使科研人員清楚認(rèn)識到正在研究的系統(tǒng)是否存在弊端，存在怎樣的弊端以及如何解決，對實際生產(chǎn)應(yīng)用意義重大。目前能用來進(jìn)行建模仿真的工具有很多，其中MATLAB被應(yīng)用廣泛，其下的Simulink模塊更是為仿真提供了多種可能性。綜上，本文將借用MATLAB/Simulink仿真來進(jìn)行風(fēng)電系統(tǒng)建模與控制仿真。仿真軟件：MATLABR2019a/Simulink4.2仿真概述本部分主要通過前文建立起來的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真模塊的搭建，包括最初用于捕獲風(fēng)能并轉(zhuǎn)化的風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)模塊，此模塊與永磁同步機(jī)相連從而將由風(fēng)能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能進(jìn)一步變?yōu)轭l率和大小均發(fā)生變化的交流電以便通過雙PWM變流器將其變?yōu)榉喜⒕W(wǎng)條件的交流電。主要原理及工作過程已在上文3.1中進(jìn)行介紹。4.3仿真模塊設(shè)計4.3.1風(fēng)機(jī)傳動模型風(fēng)電系統(tǒng)的模型已在上圖1.1中給出，其中的WindTurbine模塊為風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)子模塊，如圖4.1所示: 4.3.2機(jī)側(cè)變流器仿真模型 4.3.3網(wǎng)側(cè)變流器控制模塊 4.4仿真結(jié)果及分析4.4.1電機(jī)側(cè)控制仿真根據(jù)建立的風(fēng)電模型，vw如圖4.5，時間給定2s，1s時vw 結(jié)果分析：由以上各圖可以看出，當(dāng)風(fēng)速為8m/s時，電機(jī)轉(zhuǎn)速會穩(wěn)定在1290rad/s,當(dāng)風(fēng)速突變至12m/s時，電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之突變?yōu)?950rad/s；功率在風(fēng)速突變前均勻增加，突變后斜率稍有增大并保持繼續(xù)增長，這說明只要風(fēng)力機(jī)還在捕獲風(fēng)能，功率就會一直上升；轉(zhuǎn)矩經(jīng)過突變后逐漸恢復(fù)到原來數(shù)值；經(jīng)過零d軸的控制策略，定子電流d軸分量為0，q軸分量保持在-65A左右。4.4.2電網(wǎng)側(cè)控制仿真在以上的機(jī)側(cè)仿真模型基礎(chǔ)上，加上網(wǎng)側(cè)的仿真模型，在12m/s的風(fēng)速下進(jìn)行仿真最大風(fēng)能跟蹤和并網(wǎng)，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 結(jié)果分析:從上圖4.10可知，直流電壓穩(wěn)定在1200V左右，能量損耗很?。挥蓤D4.11可知，通過鎖相環(huán)實現(xiàn)了將頻率與電網(wǎng)頻率幾乎保持一致，波動處在正常范圍內(nèi)；由圖4.12-4.15可知，并網(wǎng)后電壓保持穩(wěn)定，電流波動在正常范圍內(nèi)。結(jié)果總結(jié):實現(xiàn)了控制目標(biāo)，即在風(fēng)速發(fā)生變化時依然可以保持直流電壓的穩(wěn)定，并且只要風(fēng)力機(jī)還在捕獲風(fēng)能，功率就會一直增加，功率增加的速率與風(fēng)速成正比。第五章總結(jié)與展望PMSG因為具有簡單的結(jié)構(gòu)而且操作方便等一系列特點已經(jīng)被廣泛使用，成為當(dāng)下風(fēng)電領(lǐng)域的研究熱點。風(fēng)能發(fā)電在新時代顯得愈發(fā)重要，盡管環(huán)境略顯艱苦，但希望我們這代人可以放下成見，投身于新能源行業(yè)，希望企業(yè)優(yōu)化基層建設(shè)，吸引更多有志青年的加入。本文所使用的最佳葉尖速比法來追蹤最佳功率因為只需要控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，所以操作簡單，易于實現(xiàn)，但自然界中的風(fēng)速經(jīng)常變化，不好測量，給科研帶來很大的困難，因此，研究更為高效現(xiàn)實的風(fēng)能追蹤方法去適應(yīng)時代的變化尤其重要。本文所使用的仿真模型，旨在通過模擬風(fēng)速變化來觀測最終獲得功率的變化。論文在通過描繪模型原理，搭建仿真模型以及分析仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，已經(jīng)達(dá)到了觀測目的，實現(xiàn)了并網(wǎng)仿真與控制。本文主要工作內(nèi)容總結(jié)如下:通過了解當(dāng)下環(huán)境與資源問題的背景，介紹了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的必要性，引出了主要研究內(nèi)容；建立了風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)，并網(wǎng)模型，發(fā)電機(jī)和變流器等一系列數(shù)學(xué)模型，并且搭建了相應(yīng)的仿真模型，經(jīng)過對相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和SVPWM技術(shù)來完善模型的調(diào)制方式；通過搭建的模型進(jìn)行模擬發(fā)電，得到所需波形結(jié)果并進(jìn)行分析。盡管本文做了不少的工作，但由于專業(yè)知識和時間有限，此模型還有很多方面需要完善，希望之后的學(xué)習(xí)過程中可以提升自己的知識能力。參考文獻(xiàn)ADDINEN.REFLIST[1]鄭海,杜偉安,李陽春,etal.國內(nèi)外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀%J水電與新能源[J],2018,32(06):75-77.[2]馮毅.直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的MATLAB/simulik建模與仿真%J電子測試[J],2020(21):58-59.[3]舟丹.我國的風(fēng)能資源%J中外能源[J],2019,24(07):73.[4]徐凱.國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢%J中國高新技術(shù)企業(yè)[J],2007(13):77+81.[5]金準(zhǔn).邁向“雙碳目標(biāo)”——解析碳達(dá)峰、碳中和與旅游業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型%J中國會展(中國會議)[J],2021(24):40-43.[6]趙君.國外分散式風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究及對我國的啟示%J東北電力技術(shù)[J],2017,38(08):11-15.[7]劉志有.論風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展戰(zhàn)略%J通訊世界[J],2017(24):271.[8]張勝利,席德科,陸森林,etal.我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及與國外的差距[C].低碳陜西學(xué)術(shù)研討會,2010:145-156.[9]丁昱葦.風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀以及行業(yè)發(fā)展趨勢研究%J光源與照明[J],2021(03):124-125.[10]苗樹楷.淺議風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題%J山東工業(yè)技術(shù)[J],2018(07):185.[11]史佳鈺.新時期新能源風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)研究%J電子世界[J],2021(13):8-9.[12]林鍵.風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)新進(jìn)展探究%J中國設(shè)備工程[J],2021(13):221-223.[13]武振威,郭振澤.直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制研究%J內(nèi)燃機(jī)與配件[J],2017(21):137-139.[14]劉雪琴,王思琦,王佳浩,etal.空間矢量調(diào)制的基本原理與MATLAB仿真應(yīng)用%J科技風(fēng)[J],2021(17):105