獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制仿真
獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制仿真,獨(dú)立,發(fā)電,系統(tǒng),中的,永磁,同步,風(fēng)力發(fā)電機(jī),控制,節(jié)制,仿真
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山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
畢 業(yè) 論 文
獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制仿真
院 部 機(jī)械與電子工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化2班
屆 次 2015屆
學(xué)生姓名 黃曉龍
學(xué) 號(hào) 20110727
指導(dǎo)教師 劉平
二О一五年六月二日
裝
訂
線
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目 錄
摘要 I
Abstract II
1.緒論 1
1.1 選題背景與意義 1
1.2 本設(shè)計(jì)的主要方法和研究進(jìn)展 1
1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2
2.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 3
2.1 風(fēng)力發(fā)電的結(jié)構(gòu) 3
2.2 風(fēng)力發(fā)電原理及其組成 3
2.3 風(fēng)力機(jī)的分類(lèi)與選擇 3
2.4 風(fēng)輪機(jī)的性能與參數(shù) 5
2.5 風(fēng)力發(fā)電的技術(shù) 6
2.6 風(fēng)力機(jī)最大功率跟蹤 6
2.6.1 風(fēng)力機(jī)的最大功率跟蹤的運(yùn)行原理 6
2.6.2 最大功率跟蹤控制方法 7
3.儲(chǔ)能系統(tǒng) 10
3.1 蓄電池工作原理 10
3.2 蓄電池的性能與參數(shù) 10
3.3 蓄電池充放電方式 10
3.4 蓄電池的過(guò)放電保護(hù)及滿(mǎn)電保護(hù) 11
3.5 蓄電池模型 11
4 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 13
4.1 風(fēng)能充電控制器設(shè)計(jì) 13
4.2 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)放電控制器的設(shè)計(jì) 14
4.3 逆變器的控制策略 15
4.4 整流器的控制策略 16
5.獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)仿真 17
5.1 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型設(shè)計(jì) 17
5.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真 19
5.3 逆變電路仿真 21
仿真軟件Matlab介紹 23
總結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
致謝 26
Contents
Chinese abstract I
Abstract II
1. Introduction 1
1.1 Background and significance 1
1.2 Recent advances in research methods and design 1
1.3 The main contents of design 2
2 Wind Power Generation System 3
2.1 Construction of wind power 3
2.2 Wind power principle and its composition 3
2.3 Wind turbine classification and selection 3
2.4 Wind turbine performance and parameters 5
2.5 Wind power technology 6
2.6 Wind turbine MPPT 6
2.6.1 The operation principle of maximum power tracking 6
2.6.2 MPPT control method 7
3. Energy Storage System 10
3.1 Battery Works 10
3.2 Battery performance parameters 10
3.3 Battery charge and discharge mode 10
3.4 Battery discharge protection and full electric protection 11
3.5 Battery Model 11
4. Independent power system control system 13
4.1 Wind Charge Controller 13
4.2 Independent power system discharge controller design 14
4.3 Inverter control strategy 15
4.4 Rectifier control strategy 16
5. Independent power system simulation system 17
5.1 The simulation model independent power systems design 17
5.2 System simulation of wind turbine 19
5.3 Inverter circuit simulation 21
Matlab Introduction 23
Summary 24
References 25
Acknowledgements 26
獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制仿真
作者：黃曉龍 指導(dǎo)老師：劉平
（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院 講師）
【摘要】永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)已經(jīng)成開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)，其在節(jié)能環(huán)境保護(hù)方面具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。本文主要研究的是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制仿真。最先，對(duì)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)布局進(jìn)行剖析，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)演算搭建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；而后，利用添加擾動(dòng)觀察的辦法達(dá)到對(duì)風(fēng)能的最大功率跟蹤目的；接著，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)定的發(fā)電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)。按先完全充電繼而再持續(xù)放電的方略設(shè)計(jì)出獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的充放電控制器以達(dá)到對(duì)蓄能設(shè)備完全充放電的控制；最后，在Matlab軟件中進(jìn)行仿真，分別在simulink環(huán)境下對(duì)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后通過(guò)改變參數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在不同條件下的仿真模擬，驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及可行性。
關(guān)鍵詞：獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng) 最大功率跟蹤 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī) 擾動(dòng)觀察法
I
Control Simulation System of independent power permanent magnet synchronous wind generator
Author:Huang xiaolong supervisor:liu ping
Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 20110727
Abstract:Permanent magnet synchronous generator has the characteristics of high efficiency, high power factor has become a hot pot of research on development, its long-term significance in terms of energy conservation and environmental protection. This paper mainly studies the independent power generation system of permanent magnet synchronous generator control simulation. First of all, the independent power generation system structure analysis, a mathematical model building wind power generation system is derived; Then, the disturbance observation method is applied to implement the maximum power tracking control of the wind (MPPT); Then, according to the existing provisions of the state power system design conforms to the standard of independent power generation system. According to the first fully charged and then continue to discharge the control strategy of independent power generation system controller is designed in order to realize the battery charge and discharge control; Finally, the simulation in Matlab software, respectively in the simulink environment of independent power generation system is modeled, and then implementation system under different conditions by changing the parameters of simulation, test and verify the reliability of system feasibility.
Keywords: Independent power generation system; Maximum power tracing; Permanent magnet synchronous generator ; Disturbance observation
1緒論
1.1 選題背景與意義
改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)內(nèi)人口基數(shù)龐大并在此基礎(chǔ)上不斷增長(zhǎng)，隨著經(jīng)濟(jì)貿(mào)易穩(wěn)定發(fā)展和城鎮(zhèn)化逐步推進(jìn)，能源需求日益擴(kuò)大，能源供應(yīng)的緊迫感逐漸顯露，電能供應(yīng)也無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)需求。三類(lèi)負(fù)荷經(jīng)常出現(xiàn)限電的現(xiàn)象。隨著化石能源的可利用儲(chǔ)量面臨枯竭。因而，開(kāi)發(fā)利用新技術(shù)以解決現(xiàn)有問(wèn)題迫在眉睫。綠色能源的研究開(kāi)發(fā)已成科研人員面臨的重大課題。電力能源是整個(gè)能源種類(lèi)中使用比較方便且較為環(huán)保的能源之一，因而電力能源的開(kāi)發(fā)廣受關(guān)注，綠色新能源的發(fā)電技術(shù)更引人矚目。
風(fēng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，在地球上有十分豐富的蘊(yùn)藏量，運(yùn)用前景十分廣闊。風(fēng)力發(fā)電是近期內(nèi)技術(shù)發(fā)展成熟、具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉醇夹g(shù)，在將來(lái)有它可能成為世界最重要的替代能源。發(fā)展可再生能源是當(dāng)今世界一個(gè)共同的趨勢(shì)，歐盟各國(guó)開(kāi)始立法提出 2020 年和 2050 年不同階段的可再生能源發(fā)展目標(biāo)，同時(shí)跟進(jìn)的有日本、美國(guó)、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至還有巴西、印度、南非等發(fā)展中國(guó)家。作為可再生能源技術(shù)中最成熟的風(fēng)能發(fā)電，對(duì)于應(yīng)對(duì)此前傳統(tǒng)能源有關(guān)的 形勢(shì)嚴(yán)峻的環(huán)境和社會(huì)影響，風(fēng)力發(fā)電是立竿見(jiàn)影、切實(shí)可行的解決途徑。
目前，新能源發(fā)電在全球發(fā)電市場(chǎng)中已經(jīng)占有一定的比重，并在不久的將來(lái)占據(jù)主流。然而世界主要新能源研發(fā)國(guó)家現(xiàn)有的綠色能源發(fā)電技術(shù)并不成熟完善，有待進(jìn)一步地提高。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)都在積極地進(jìn)行新能源發(fā)電研究，得到了不錯(cuò)的成就。新能源發(fā)電主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能等綠色能源[1]。為了實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電用電，提高偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源的利用率，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展大范圍地并網(wǎng)或離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)。其中，獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)得到極大地推廣應(yīng)用。
全國(guó)有少部分村落尚未提供電能供應(yīng)。這些村莊主要分布中西部的偏遠(yuǎn)山區(qū)及東南沿海的孤島。無(wú)電缺電在一定限度上影響該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，這些中西部的偏遠(yuǎn)山區(qū)及東南沿海的孤島具有豐富的清潔能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等等。這些大部分地區(qū)完全可以充分利用環(huán)保實(shí)惠的可再生能源來(lái)解決該地區(qū)的用電問(wèn)題。
1.2 本設(shè)計(jì)的主要方法和研究進(jìn)展
本文以獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及整個(gè)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行為研究對(duì)象，以發(fā)電機(jī)本體、交流勵(lì)磁變換器，儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行工況相結(jié)合的形式，采用理論分析及利用軟件仿真的有效方式進(jìn)行深入研究。
在設(shè)計(jì)中完成了獨(dú)立系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和儲(chǔ)能設(shè)備的數(shù)學(xué)理論模型搭建；實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際控制；使獨(dú)立系統(tǒng)輸出的的功率達(dá)到預(yù)期設(shè)想的要求。文章并對(duì)接近用戶(hù)的逆變器進(jìn)行了實(shí)時(shí)控制。
1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本文主要對(duì)傳統(tǒng)獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組和儲(chǔ)能電池的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析研究利用MATLAB對(duì)其建模仿真；搭建永磁同步發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。隨后對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，本文采用變流器VSC控制以實(shí)現(xiàn)直流電壓和無(wú)功功率的恒定。分析不同負(fù)載條件下使交流輸出側(cè)的電壓保持不變，使系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
2.1 風(fēng)力發(fā)電的結(jié)構(gòu)
獨(dú)立系統(tǒng)是基于同步永磁發(fā)電機(jī)利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)一系列的變化過(guò)程將電能存在蓄電池中，然后將蓄電池中電能逆變后提供給用戶(hù)系統(tǒng)。該獨(dú)立系統(tǒng)解決了風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定持續(xù)的問(wèn)題，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)照明用電問(wèn)題。因?yàn)樵擄L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是比較適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)供電的系統(tǒng)[2]。
獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、整流裝置、逆變裝置和負(fù)載系統(tǒng)組成的[3]如圖2-1所示。
圖2-1獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2 風(fēng)力發(fā)電原理及其組成
風(fēng)力發(fā)電的原理是風(fēng)輪葉片在空氣流動(dòng)的作用下產(chǎn)生力，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將機(jī)械能在電磁感應(yīng)原理的作用下轉(zhuǎn)化為電能。
直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)、冷卻元件、塔架、風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)等組成[4]。
2.3 風(fēng)力機(jī)的分類(lèi)與選擇
按照風(fēng)輪軸的結(jié)構(gòu)：水平軸式、垂直軸式。
按照風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方式：恒速恒頻、變速恒頻。
按照風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)功率調(diào)節(jié)方式：定槳距、變槳距。
圖2-2水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)
水平軸式風(fēng)力機(jī)又根據(jù)風(fēng)輪與塔架相對(duì)位置的不同分為順風(fēng)式和逆風(fēng)式兩種[5]如圖2-2所示。
獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)選取垂直軸設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)和三相同步永磁發(fā)電機(jī)[6]，這可以提高該系統(tǒng)的發(fā)電效率，提高風(fēng)能的利用率，直驅(qū)式發(fā)電機(jī)可節(jié)省去復(fù)雜的變速裝置，使該系統(tǒng)持久耐用，不易損壞。
用永磁同步電機(jī)發(fā)電是現(xiàn)代最為普遍發(fā)電方式之一，永磁同步發(fā)電機(jī)具有較多的極對(duì)數(shù)，使得在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低的情況下，發(fā)電機(jī)仍然可以正常煩的工作。所以，風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)發(fā)電就是針對(duì)于在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速較低的狀況來(lái)設(shè)計(jì)的方案，省去齒輪箱，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的可靠性。
表2-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)的規(guī)格
遠(yuǎn)大科技
M9-4000
4m/s
11.5m/s
6m/s
150V,50/60Hz
4000KW
5000KW
12m
3(pcs)
20m/s
4t
2.4 風(fēng)輪機(jī)的性能與參數(shù)
（1）風(fēng)輪機(jī)功率
風(fēng)輪機(jī)輸出的功率：
(2-1）
上面表達(dá)式中，代表風(fēng)機(jī)輸出功率； 代表空氣密度；
代表實(shí)時(shí)風(fēng)速； A代表風(fēng)力機(jī)葉片面積()；
代表風(fēng)能利用系數(shù)； 代表風(fēng)力機(jī)傳動(dòng)效率；
代表風(fēng)力機(jī)電效率；
(2)風(fēng)輪機(jī)的功率系數(shù)
空氣的流動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)能，通常情況下用風(fēng)能密度來(lái)衡量風(fēng)能的大小。
(2-2)
上面表達(dá)式中，代表空氣密度； 代表實(shí)時(shí)風(fēng)速(m/s)；
Betz極限已經(jīng)驗(yàn)證了最大風(fēng)能功率系數(shù)約等于0.593，0.593是理論上的峰值。風(fēng)能功率系數(shù)可以表示為
(2-3)
上面表達(dá)式中，P代表風(fēng)輪機(jī)功率。
(3)葉尖速比
風(fēng)輪的葉尖圓周速度與風(fēng)速的比值來(lái)衡量，稱(chēng)作葉尖速比[7]，可以表示為：
(2-4)
上面表達(dá)式中，n代表風(fēng)輪轉(zhuǎn)速； R代表風(fēng)輪葉尖半徑；
代表實(shí)時(shí)風(fēng)速； 代表葉尖線速度；
代表風(fēng)輪角速度；
2.5 風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)
風(fēng)力發(fā)電是一種綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的發(fā)電途徑，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)同樣是一項(xiàng)需要不斷檢測(cè)驗(yàn)證更新的技術(shù)[8]。獨(dú)立系統(tǒng)中最為核心的一個(gè)環(huán)節(jié)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種可以將由空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化電能的一種設(shè)備。直流電機(jī)及交流電機(jī)是目前發(fā)電機(jī)的兩大類(lèi)，在交流發(fā)電機(jī)中包含同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)兩種[9]。在大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)中選用同步永磁交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)發(fā)電功率的功率系數(shù)相對(duì)較高。因而得到了廣泛的應(yīng)用。在風(fēng)電場(chǎng)中經(jīng)風(fēng)輪機(jī)的能量變換產(chǎn)生的交流電可以通過(guò)整流逆變?cè)O(shè)備將滿(mǎn)足要求的電能提供給用用戶(hù)。大多數(shù)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的效率相比于直流發(fā)電機(jī)發(fā)電的效率要成倍數(shù)高出[10]，在風(fēng)電場(chǎng)中的交流發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速區(qū)間下可方便地產(chǎn)生電能，且交流機(jī)產(chǎn)生的電能成倍于直流機(jī)產(chǎn)生的電能。由上可知，在實(shí)際應(yīng)用的風(fēng)場(chǎng)中交流機(jī)可在較大范圍的風(fēng)速中產(chǎn)生電能，而直流機(jī)則無(wú)法適應(yīng)該范圍的風(fēng)速變化。
永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)已經(jīng)成開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)，其在節(jié)能環(huán)境保護(hù)方面具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義[a]。另外，該電機(jī)擁有較小容積、結(jié)實(shí)不容易出故障而且構(gòu)造簡(jiǎn)明。除此之外，由于永磁發(fā)電機(jī)具有永磁特性，因此該電機(jī)不用消耗專(zhuān)門(mén)的勵(lì)磁電源因此減少了電機(jī)勵(lì)磁所需不必要的能耗。從而，在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中同步永磁發(fā)電機(jī)就成為了最主流的選擇。本文理論上選擇永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)用于獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的中心部件，另外，直驅(qū)式是好的選擇，這樣可以省去風(fēng)輪機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的變速設(shè)備使發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備擁有更久使用價(jià)值。
永磁發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：(1)由于風(fēng)力機(jī)通常運(yùn)行在比較惡劣的環(huán)境下，永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上無(wú)勵(lì)磁繞組，因此不存在勵(lì)磁繞組銅損耗問(wèn)題，比同容量的電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)效率高；轉(zhuǎn)子上沒(méi)有滑環(huán)，運(yùn)轉(zhuǎn)更安全可靠；電機(jī)的重量輕，體積小，制造工藝簡(jiǎn)便，因此在小型與微型風(fēng)力發(fā)電中被廣泛應(yīng)用。
(2)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)采用永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)力機(jī)直接耦合時(shí)，省去齒輪箱，減少了發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作，提高了效率，并且降低了噪聲。此外直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不需要電勵(lì)磁裝置，具有重量輕、效率高、可靠性好的特點(diǎn)。
2.6 風(fēng)力機(jī)最大功率跟蹤
2.6.1風(fēng)力機(jī)的最大功率跟蹤的運(yùn)行原理
空氣的流動(dòng)形成風(fēng)能，在自然界中風(fēng)能不受人為的控制，因此在利用風(fēng)力發(fā)電時(shí)應(yīng)最大程度地?fù)渥嚼蔑L(fēng)能[11]，因而，在實(shí)際的應(yīng)用中使風(fēng)輪機(jī)達(dá)到最大功率是一大重要的研究課題。這樣的情況下風(fēng)輪機(jī)發(fā)出的電具有很大的波動(dòng)性，電能質(zhì)量無(wú)法保證。當(dāng)風(fēng)速在一定的數(shù)值范圍內(nèi)上下浮動(dòng)變化時(shí)，使風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定的范圍內(nèi)得到控制，這樣可使風(fēng)力機(jī)在一定的范圍內(nèi)獲得比較好的葉尖速與風(fēng)速之比和較高風(fēng)能功率系數(shù)，這樣可以使風(fēng)力機(jī)一直在最優(yōu)化的功率曲線上工作。使得最優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電效率實(shí)現(xiàn)。
圖2-3風(fēng)力機(jī)功率輸出曲線
2.6.2 最大功率跟蹤控制方法
(1)最佳葉尖速比法
由于最佳葉尖速比法設(shè)定最佳葉尖速比值是一個(gè)定值，因此需要不停地改變風(fēng)輪機(jī)的速度來(lái)不斷地迎合當(dāng)下的風(fēng)速，這樣便可得風(fēng)力機(jī)的葉尖速與風(fēng)速的比值不斷保持在最良好的速比[12][12a]。不管風(fēng)輪機(jī)在何種風(fēng)速情況下一定可以獲到最優(yōu)的風(fēng)能功率系數(shù)，便可使風(fēng)輪機(jī)一直輸出最優(yōu)良的功率值。
圖2-4最佳葉尖速比法控制原理圖
在運(yùn)用最佳葉尖速比控制法時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有良好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這樣可以使監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)風(fēng)速和風(fēng)輪機(jī)的調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速達(dá)到最優(yōu)的組合。不斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)地計(jì)算葉尖速與風(fēng)力機(jī)實(shí)時(shí)比值，得出實(shí)時(shí)數(shù)值不斷地與最優(yōu)葉尖速比值實(shí)行即時(shí)對(duì)比。然后用比例積分調(diào)節(jié)控制器處理以上產(chǎn)生的實(shí)時(shí)差值，來(lái)進(jìn)行對(duì)風(fēng)力機(jī)速度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，由上以獲得最優(yōu)的葉尖速比值。此方法，雖然比較容易進(jìn)行推進(jìn)。但受發(fā)電機(jī)變速范圍的限制實(shí)際風(fēng)輪速度范圍遠(yuǎn)小于有效風(fēng)速的變化范圍，因此低風(fēng)速葉尖速比肯定高于最優(yōu)葉尖速比。易于實(shí)現(xiàn)，控制簡(jiǎn)單是葉尖速比法的優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是由于風(fēng)速的測(cè)量較為困難,可能會(huì)導(dǎo)致控制的不精確,但是現(xiàn)在的風(fēng)速計(jì)的精確性越來(lái)越高,該方法的控制精度也得到了有效的改善和提高。
(2)功率信號(hào)反饋法
在先前知曉最優(yōu)功率曲線的情況下功率反饋信號(hào)控制法才可以得到有效地運(yùn)用，在不斷進(jìn)行風(fēng)輪機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量后將風(fēng)輪機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與最優(yōu)的功率曲線進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)的所得到的最佳功率與風(fēng)輪機(jī)的最終輸出功率來(lái)進(jìn)行對(duì)比，隨后改變風(fēng)輪機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)輪機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速不斷保持在最優(yōu)轉(zhuǎn)速，由上可以得到最優(yōu)功率。
圖2-5功率信號(hào)反饋法控制原理圖
風(fēng)輪機(jī)輸出的實(shí)時(shí)功率在較小的范圍內(nèi)進(jìn)行波動(dòng)。因而在測(cè)量時(shí)只應(yīng)測(cè)量風(fēng)輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，不再需要實(shí)時(shí)風(fēng)速的測(cè)量。然而這種控制理論需要一定的前提—準(zhǔn)確無(wú)誤地繪測(cè)出風(fēng)輪機(jī)的最優(yōu)的功率曲線。由上可以得出，在一定情況下系統(tǒng)無(wú)法得到準(zhǔn)確無(wú)誤的控制精度從而使系統(tǒng)的工作受到影響。
(3)擾動(dòng)觀察法
當(dāng)小部分干擾被加到風(fēng)輪機(jī)的輸入信號(hào)中時(shí)，風(fēng)力機(jī)加入干擾后輸出的功率和沒(méi)有添加小部分干擾時(shí)風(fēng)力機(jī)產(chǎn)出進(jìn)行對(duì)較。隨后對(duì)最優(yōu)轉(zhuǎn)速發(fā)生處進(jìn)行對(duì)比查找，最終可使風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生最理想的實(shí)時(shí)輸出功率值。在未知最大功率曲線的情況下即可使用擾動(dòng)觀察控制法。然而擾動(dòng)觀察控制法存在一定范圍的誤差，這樣的話(huà)，風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)輸出功率值會(huì)有小范圍不精確。
對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率跟蹤采用擾動(dòng)觀察法是相對(duì)合適的[13]。采用擾動(dòng)觀察法其采用的步長(zhǎng)值為定值，因而，該系統(tǒng)的定值步長(zhǎng)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要而發(fā)生一定的變化，系統(tǒng)的定值步長(zhǎng)就有過(guò)大的情況或者過(guò)小的情況。這會(huì)出現(xiàn)最優(yōu)功率發(fā)生處很難穩(wěn)定。對(duì)于最大功率點(diǎn)時(shí)時(shí)地波動(dòng)起伏亦或遲遲不能達(dá)到最大功率點(diǎn)一定會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)系統(tǒng)能量，從而該獨(dú)立系統(tǒng)的工作效率大為降低[14]。
圖2-6風(fēng)力機(jī)的最大功率跟蹤控制原理圖
根據(jù)風(fēng)力機(jī)最大功率跟蹤控制的原理圖2-6可以看出，觸發(fā)脈沖占空比的變換速度由步長(zhǎng)的大小來(lái)決定[15]；
圖2-7風(fēng)力機(jī)變步長(zhǎng)擾動(dòng)流程圖
由上面2-7的流程圖可看出變步長(zhǎng)是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的狀態(tài)運(yùn)行。
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3 儲(chǔ)能系統(tǒng)
獨(dú)立風(fēng)電系統(tǒng)需要備有良好的儲(chǔ)能設(shè)施，獨(dú)立風(fēng)電系統(tǒng)沒(méi)有與大電網(wǎng)進(jìn)行連接，為了保證用戶(hù)在最大限度用電需求儲(chǔ)能設(shè)備在該系統(tǒng)中顯得尤為重要。在自然界中風(fēng)能不受人為的控制，風(fēng)能具有隨機(jī)性，不連續(xù)性。這樣的情況下風(fēng)輪機(jī)發(fā)出的電具有很大的波動(dòng)性，電能質(zhì)量無(wú)法保證，電壓、電流、頻率、波形都沒(méi)有一定的規(guī)律。目前已經(jīng)研發(fā)出各種各樣的儲(chǔ)能設(shè)施，然而被廣泛使用的是蓄電池儲(chǔ)能。在大多數(shù)大中小型風(fēng)力場(chǎng)中大多數(shù)采用鉛酸蓄電池組進(jìn)行儲(chǔ)能。
3.1 蓄電池工作原理
鉛酸蓄電池放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能[16]。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
正極 負(fù)極 正極 負(fù)極
3.2 蓄電池的性能與參數(shù)
(1)蓄電池的容量
蓄電池其容量的大小可以用其判定其對(duì)能量存儲(chǔ)的容納度，C是其代表符號(hào)。安時(shí)(Ah)是其常用單位。其容量名稱(chēng)在不同情況下可分為四種不同的名稱(chēng)。
(2) 蓄電池的電壓
蓄電池有兩種運(yùn)行狀況：工作、開(kāi)路。蓄電池處于開(kāi)路狀況時(shí)其電壓為電池的電動(dòng)勢(shì)，其處于工作狀況是其電壓為電池的端電壓[17]。
(3)蓄電池的內(nèi)阻
其內(nèi)阻主要由包括兩塊即歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻[18]。當(dāng)電解質(zhì)的濃度在一定范圍變化或者溫度在一定程度波動(dòng)時(shí)其內(nèi)阻會(huì)發(fā)生不同程度地浮動(dòng)。因此蓄電池對(duì)環(huán)境溫度有一定的要求，在一定的溫度下才能達(dá)到最優(yōu)的工作狀態(tài)。
(4)蓄電池的使用次數(shù)限制
目前廣泛使用的蓄電池都有一定充放電次數(shù)的限制，這是蓄電池一大缺點(diǎn)。造成這一缺點(diǎn)的原因蓄電池內(nèi)部不能發(fā)生完全的氧化還原反應(yīng)，因而影響了蓄電池使用次數(shù)，這對(duì)未來(lái)蓄電池很難得到大面積推廣應(yīng)用。蓄電池研究創(chuàng)新也是獨(dú)立系統(tǒng)中一個(gè)重大研究項(xiàng)目。
3.3 蓄電池充放電方式
在本文中蓄電池的充放電采用恒母線電壓的控制方式圖3-1。此種方式就是保證與蓄電池連接的母線電壓恒定。此母線電壓的浮動(dòng)由逆變器所連接的不同性質(zhì)的負(fù)載所定。
圖3-1恒母線電壓充放電控制
3.4 蓄電池的過(guò)放電保護(hù)及滿(mǎn)電保護(hù)
為了使系統(tǒng)更加良好穩(wěn)定的工作，需要對(duì)電池采取一定的保護(hù)措施顯得十分必要。因而規(guī)定一個(gè)電壓，當(dāng)電池電勢(shì)小于該規(guī)定電勢(shì)時(shí)繼電器就使電路回路斷開(kāi)，當(dāng)電池電勢(shì)大于該規(guī)定電勢(shì)時(shí)繼電器就使充電回路斷開(kāi)，用此原理來(lái)保護(hù)電池不受損壞。蓄電池連接的直流線在控制裝置的作用下其輸出必須穩(wěn)定為一個(gè)定值。
3.5 蓄電池模型
在本設(shè)計(jì)中蓄電池充放電對(duì)系統(tǒng)的影響較大，本文采用了蓄電池的通用等效電路模型，由一個(gè)可控電壓源和恒定內(nèi)阻組成，如圖3-2所示。
圖3-2蓄電池模型
(3-1)
E代表蓄電池空載電壓； E0 代表蓄電池恒定電壓；
K代表極化電壓； Q代表蓄電池容量；
A代表指數(shù)增益電壓； B代表指數(shù)增益容量；
圖3-3 蓄電池放電特性曲線
圖3-3曲線上標(biāo)有三個(gè)點(diǎn)，由此參數(shù)計(jì)算得：
(3-2)
4獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)
4.1 風(fēng)能充電控制器設(shè)計(jì)
本文采用垂直軸式風(fēng)力機(jī)和同步永磁的發(fā)電機(jī)[19]。風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)力電機(jī)產(chǎn)生的電能流過(guò)整流電路進(jìn)入充電設(shè)備的主電路如圖4-1。三相交流同步永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能需要過(guò)不可控整流電路進(jìn)行整流。只有在風(fēng)力控制板的重要電路利用脈沖寬度調(diào)制才能掌控完整的整流變換。在自然界中有些風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)完全開(kāi)發(fā)利用，當(dāng)風(fēng)的速度非常快時(shí)。風(fēng)力機(jī)無(wú)法承受，可能使風(fēng)力機(jī)得到損壞。不斷地監(jiān)測(cè)風(fēng)的速度，在一些疾風(fēng)區(qū)顯得十分重要。
圖4-1風(fēng)能充電控制結(jié)構(gòu)圖
圖4-2風(fēng)能充電控制器主電路原理圖
圖4-3三相不可控整流電路
圖4-3設(shè)電機(jī)的單相繞組的電壓最大值為，因而其相電壓表達(dá)為：
(4-1)
(4-2)
(4-3)
電機(jī)線電壓為：
(4-4)
(4-5)
(4-6)
發(fā)電機(jī)發(fā)出電流經(jīng)過(guò)整流后產(chǎn)生的均值電壓為：
(4-7)
4.2 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)放電控制器的設(shè)計(jì)
獨(dú)立系統(tǒng)向負(fù)載提供電能的方式有三種：
(1)當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能能夠滿(mǎn)足用戶(hù)需求，發(fā)電機(jī)向負(fù)載提供電能并向蓄電池儲(chǔ)能。這是蓄電池處于儲(chǔ)能的狀況。
(2)當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，但發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能不能夠滿(mǎn)足用戶(hù)需求，發(fā)電機(jī)和蓄電池共同向負(fù)載提供電能。這是蓄電池處于放出能量的狀況。
(3)當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能正常工作時(shí)，發(fā)電機(jī)不能發(fā)出電能，蓄電池儲(chǔ)存的能量向負(fù)載提供電能。
在本設(shè)計(jì)中采用上述的三種不同的方式來(lái)控制系統(tǒng)的能量供應(yīng)，盡可能滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，三種方式之間的變換并不能完美切換，這是這種控制設(shè)計(jì)的瑕疵。但在控制器的監(jiān)督控制下，蓄電池不會(huì)出現(xiàn)電能?chē)?yán)重飽和或者電能?chē)?yán)重不飽和現(xiàn)象。在本文中蓄電池的充放電采用恒母線電壓的控制方式。此種方式就是保證與蓄電池連接的母線電壓恒定[20]。此母線電壓的浮動(dòng)由逆變器所連接的不同性質(zhì)的負(fù)載所決定。
4.3 逆變器的控制策略
由于分布式逆變器供電的形式主要包括風(fēng)力渦輪機(jī)是極大地受到外部環(huán)境的影響，如發(fā)電模式，本文的目的是為了實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分利用，使逆變器的逆變器工作狀態(tài)在單位功率因數(shù)。不考慮無(wú)功功率的參與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，還可以減少電網(wǎng)諧波污染。所以逆變器實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)是確保其正弦交流電流，功率因數(shù)為1。逆變器交流電流與用戶(hù)側(cè)電壓相位相反。因?yàn)橛脩?hù)側(cè)電壓不變,逆變式電源采用功率跟蹤控制算法，產(chǎn)生需要的輸出當(dāng)前值可以達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。
本設(shè)計(jì)選取雙極性SPWM控制方式，結(jié)合圖4-4所示的逆變電路，以U相為例分析逆變電路開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
當(dāng)>時(shí)，導(dǎo)通,則關(guān)斷，=
當(dāng)<時(shí)，導(dǎo)通，則關(guān)斷，=－
由此可以知道，關(guān)于每一相的高低兩個(gè)橋臂不可能同時(shí)導(dǎo)通，因?yàn)榭刂坪偷拿}沖是互補(bǔ)的，V、W兩相的控制方式和U相的控制方式一致，每相輸出的電壓幅值為。在橋式逆變電路正常工作時(shí)，六個(gè)MOS管交替導(dǎo)通完成逆變。
圖4-4三相電壓型逆變電路結(jié)構(gòu)圖
圖4-5逆變器的控制框圖
本設(shè)計(jì)中逆變器應(yīng)用級(jí)聯(lián)控制策略，逆變器控制的框圖如4-5圖所展示。通過(guò)控制直軸和交軸電流分量可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的解耦控制。級(jí)聯(lián)控制的外環(huán)是直流母線控制環(huán)，保持直流母線電壓的恒定，以保證來(lái)自整流器的全部有功功率通過(guò)逆變器傳到用戶(hù)側(cè)。
4.4 整流器的控制策略
本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)側(cè)整流器的控制，以達(dá)到對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電流的大小和相位的控制，因而控制發(fā)電機(jī)的有功和無(wú)功功率以及電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制和功率因數(shù)控制。
本設(shè)計(jì)中的風(fēng)機(jī)側(cè)整流器采用4-6圖所示的級(jí)聯(lián)控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)側(cè)整流器的控制目標(biāo)。其控制框圖如下。
圖4-6整流器的控制框圖
5 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)仿真
5.1 獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型設(shè)計(jì)
獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)部分和儲(chǔ)能部分及用戶(hù)組成。該系統(tǒng)的供電部分由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能設(shè)備共同承擔(dān)。由于各部分的情況不能直接看出，所以需要借助仿真軟件進(jìn)行模型的搭建。由此來(lái)掌握系統(tǒng)具體運(yùn)行的情況，以及運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。由以上數(shù)據(jù)可以調(diào)整或修改系統(tǒng)不足的部分。這樣可以系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定，更好的為用戶(hù)提供電能的保障。
(1)風(fēng)機(jī)模型建模
在本設(shè)計(jì)中風(fēng)力機(jī)的輸出的轉(zhuǎn)矩為:
(5-1)
(5-2)
(5-3)
由獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型搭建風(fēng)能功率系數(shù)模型，由上面的在MATLAB中建立風(fēng)能功率系數(shù)模型如圖5-1。
圖5-1風(fēng)能利用系數(shù)模型
輸出功率、轉(zhuǎn)矩模型在本設(shè)計(jì)中是兩個(gè)必要的模型。由上述的數(shù)學(xué)式子知功率相關(guān)因素有、。、、和用做輸入，、設(shè)為輸出。
圖5-2風(fēng)力機(jī)模型
(2)三相永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型建立
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的中心部件，同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型圖5-3：
(5-4)
圖5-3永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型
(3)建立降壓變換器模型
獨(dú)立系統(tǒng)中將電能存儲(chǔ)在蓄電池中風(fēng)能由于其不穩(wěn)定。再次可利用降壓變換。在SimPower Systems中可利用相應(yīng)得模塊進(jìn)行降壓變換器的搭建圖5-4。該模塊可以起到電壓變換的作用，使整流設(shè)備更好的運(yùn)行。
圖5-4降壓變換器模型仿真
(4)建立脈沖寬度調(diào)制信號(hào)模型
獨(dú)立系統(tǒng)產(chǎn)生的電能應(yīng)經(jīng)過(guò)整流變換和降壓變換后存儲(chǔ)到蓄電池中。在仿真模型搭建能產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的模塊理所當(dāng)然圖5-5。
圖5-5脈沖寬度調(diào)制信號(hào)發(fā)生模型
5.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)仿真
搭建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型的意義及用處就能夠充分掌握系統(tǒng)在各部分，各種風(fēng)速，各種情況下系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。并運(yùn)用各種情況下運(yùn)行出來(lái)的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)。掌握系統(tǒng)運(yùn)行良好的模塊及運(yùn)行中系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的部分為下一步改進(jìn)做足準(zhǔn)備。使系統(tǒng)在更加良好可靠地狀態(tài)下運(yùn)行工作。
分析風(fēng)能系數(shù)曲線圖可得，當(dāng)風(fēng)能功率系數(shù)最大是槳距角為0度，本設(shè)計(jì)是在追求最大限度地利用綠色能源的情況下而做出。只有功率系數(shù)最大時(shí)系統(tǒng)才能產(chǎn)生更多的綠色能源所以本文將槳距角定為0度。
在設(shè)定的槳距角運(yùn)行的情況下仿真出風(fēng)力機(jī)在各種情況下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、功率。由下圖可知當(dāng)風(fēng)的速度為8m/s時(shí)風(fēng)輪的角速度33左右時(shí)，輸出功率最大。由圖可觀察其它風(fēng)速情況下的功率狀況。
下圖5-7整個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的機(jī)械部分在搭建后可以對(duì)這部分進(jìn)行仿真模擬。
圖5-7風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型
風(fēng)速
輸出功率
風(fēng)輪角速度
圖5-8風(fēng)力機(jī)的仿真結(jié)果
由上圖可以看出，風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速無(wú)論是8m/s還是6m/s風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的角速度都是從零迅速增大，然后經(jīng)過(guò)短時(shí)間的震蕩就能穩(wěn)定在最大值不變，從而使得風(fēng)力機(jī)的輸出功率也保持在同風(fēng)速下的最大值，也就是說(shuō)該仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電的模擬，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了最大功率的跟蹤控制。
5.3 逆變電路仿真
逆變電路的仿真系統(tǒng)模型如圖5-9所示。
在此逆變電路中，帶有三種不同性質(zhì)的負(fù)載。這樣可以更好的模擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行狀況中出現(xiàn)的故障。從而使該獨(dú)立系統(tǒng)能夠更加的貼近實(shí)際情況，使該獨(dú)立系統(tǒng)能更加完好的工作。在本設(shè)計(jì)中三種仿真的功率分別為1000w、800w、800w總功率為2.6千瓦。由上圖知發(fā)電機(jī)的功率能夠滿(mǎn)足用戶(hù)需求，并能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
圖5-9 逆變系統(tǒng)仿真模型
對(duì)逆變成功后的波形進(jìn)行濾波，本設(shè)計(jì)選取LC濾波電路，濾波后的波形分別如圖5-11所示。
圖5-10逆變后三相電壓標(biāo)幺值
圖5-11逆變相電壓幅值
在逆變器的仿真中逆變后的交流電連接三種不同性質(zhì)的負(fù)載。逆變器仿真設(shè)計(jì)中對(duì)輸出的電壓利用脈沖寬度調(diào)制控制，將用戶(hù)側(cè)的實(shí)時(shí)電壓通過(guò)反饋將其控制在額度值附近。在此逆變?cè)O(shè)計(jì)中得到的電壓依然比較理想。在此逆變?cè)O(shè)計(jì)中電壓的波形滿(mǎn)足了實(shí)際的需要。使用戶(hù)能夠更好利用電能，使能源得到充分利用。
仿真軟件Matlab的介紹
Matlab發(fā)展歷史
Matlab的創(chuàng)始人是新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任Cleve Moler,最初Cleve Moler設(shè)計(jì)了各為L(zhǎng)INKPACK和EISPACK的兩個(gè)程序，這兩個(gè)程序主要是用矩陣來(lái)解決一些線性方程問(wèn)題。因此，最早的Matlab是純碎的用來(lái)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的軟件。在隨后的日子里，Matlab又更新了很多新版塊，軟件被不斷的完善，功能也變得越來(lái)越強(qiáng)大，從當(dāng)時(shí)只能簡(jiǎn)單的解決線性方程問(wèn)題的程序演變成了各行各業(yè)都必不可少的強(qiáng)大軟件。
Simulink簡(jiǎn)介
本文用到了是Matlab中的Simulink模塊。Simulink的主要功能就是仿真，為了解決和分析復(fù)雜的控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和出現(xiàn)的問(wèn)題，Matlab中便加入了Simulink模塊。在Simulink中，無(wú)需輸入復(fù)雜冗長(zhǎng)的代碼程序，只需要用鼠標(biāo)挑選器件模型，鍵盤(pán)輸入?yún)?shù)，運(yùn)行建成的模型系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)計(jì)算即可，這就使一個(gè)原本復(fù)雜的系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單。因此，Simulink大大減少了我們的運(yùn)算過(guò)程。
總 結(jié)
永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有高效率、高功率因數(shù)等特點(diǎn)已經(jīng)成開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)，其在節(jié)能環(huán)境保護(hù)方面具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比,不需要?jiǎng)?lì)磁,風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接耦合,節(jié)省去了傳動(dòng)齒輪箱,從而使它它具有控制簡(jiǎn)單、低速性能好、維護(hù)成本低及運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn),稱(chēng)為現(xiàn)代能源發(fā)電的又一熱點(diǎn)。在風(fēng)電系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)是機(jī)組正常運(yùn)行的重要組成部分,而且控制技術(shù)是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)。
在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)出獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的框架，對(duì)該獨(dú)立系進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用分析，就對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的各部分進(jìn)行選擇布局，然后依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)風(fēng)電系統(tǒng)。闡明了風(fēng)力發(fā)電的控制思路并設(shè)計(jì)出匹配的控制器。隨后闡述風(fēng)能理論知識(shí)，同時(shí)分析了發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的參數(shù)與性能。運(yùn)用PI控制對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行MPPT控制，從而對(duì)風(fēng)能輸出功率進(jìn)行運(yùn)行控制。建立獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的仿真，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，最后將結(jié)論進(jìn)行分析。
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致 謝
時(shí)光荏苒,歲月如梭,四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)瞬即逝。在論文即將完成之際,首先要感謝我的導(dǎo)師劉平老師,從最初的導(dǎo)師指導(dǎo)畢業(yè)實(shí)習(xí)到畢業(yè)論文的定稿,導(dǎo)師都對(duì)我的論文研究工作提出了許多的寶貴的意見(jiàn),劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng),淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。在此,向我的導(dǎo)師表示真摯的感謝和崇高的敬意。
同時(shí)感謝所有指導(dǎo)我的老師在我大學(xué)四年期間給予我的關(guān)心和幫助。在這里要特別感謝宋成寶老師，大學(xué)四年期間雖然我們師生關(guān)系兩年但給予我特別多的幫助，尤其實(shí)在畢業(yè)論文上我不懂的一些問(wèn)題請(qǐng)教她得到解答，對(duì)我?guī)椭艽?。在論文編?xiě)過(guò)程中，需要用到MATLAB進(jìn)行仿真。對(duì)于軟件近比了解的我得到了小魏同學(xué)還有楊嘯天同學(xué)的大力幫助，我們也在這段時(shí)間培養(yǎng)了深厚的友誼。學(xué)習(xí)中，相互幫助，共同進(jìn)步；生活中，一起娛樂(lè)。這注定將是我一段十分美好的回憶。
再回首，大學(xué)期間的事就像放電影一樣在我腦海里閃過(guò)。我為自己是一名農(nóng)大學(xué)子而感到驕傲，我也為自己沒(méi)有蹉跎大學(xué)生涯而慶幸。在此，衷心的感謝那些支持我的老師和朋友。感謝你們對(duì)我的學(xué)習(xí)和生活所給予的幫助，讓我在學(xué)業(yè)和為人處世的能力都更上一個(gè)臺(tái)階。在我遇見(jiàn)困難時(shí)，是你們無(wú)微不至的關(guān)愛(ài)使我樹(shù)立了必勝的信念，永不言棄。在你們身上學(xué)到的東西我想將會(huì)終生受益。在此，特別感謝機(jī)械與電子工程學(xué)院2011級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)2班的全體同學(xué)，感謝你們對(duì)我的支持，學(xué)習(xí)的幫助，讓我在二班就像生活在自己的家里一樣。
大學(xué)讓讓我成長(zhǎng)的很多很多我感恩母校給予我的一切，在這里我明白踏踏實(shí)實(shí)的努力付出，最終會(huì)得到回報(bào)。在這里我感到了同學(xué)的的友誼對(duì)我的幫助。在這里我懂得了待人處事的方式提高了自己。再還有對(duì)論文中參考或引用文獻(xiàn)的作者也表示感謝。最后,感謝我的家人和朋友,感謝父母給予我在求學(xué)之路上的鼓勵(lì)和支持,大學(xué)期間父母對(duì)我有期許與愿望，感恩父母給予我的一切希望以后用自己努力地成果來(lái)回報(bào)父母。感謝老師的無(wú)私幫助使我能順利完成學(xué)業(yè),感謝所有支持和關(guān)心我的朋友。謝謝!
黃曉龍
2015年6月6日
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