《基于MATLAB的永磁同步发电机直驱风电系统并网模式仿真研究》6800字（论文）

基于MATLAB的永磁同步发电机直驱风电系统并网模式仿真研究摘要：近代以来，环境与资源问题日渐严重。随着世界各国二氧化碳气体的排放，温室效应愈发严重，由此带来的一系列气候异常也在逐渐增多，对全球生命安全形成威胁。特别是2019年7月的澳大利亚山火，释放了超过4亿吨的CO2，更加加剧了温室效应与全球冰川融化。因此，通过各种对环境友好的方式降低大气中温室气体的含量，应对日渐严峻的气候变化已经成为人类共同的目标。由于风能是一种对环境十分友好的自然资源，具有很多方便进行大规模使用的特点，所以用风力来进行发电的比例正逐日提高。永磁同步发电机(PermanentMagnetSynchronousGenerator，PMSG)因为具有简单的结构所以操作简单，并且维护成本低，故而成为了风力发电领域的研究热点，由于风力发电输出的是交流电，必须采用变流后才能并网行驶,于是在本文中采用了仿真程序MATLAB/Simulink来构建了一个风电模型,并以模型为主要研究目标,通过采取合适的算法,最后可以得到方便进行并网操作的交流电。所以,构建PMSG直驱风电系统并网模式和关键控制策略的意义很重要。首先，本文通过当下环境与资源问题的背景，介绍了风力发电技术的重要程度，由此出发开始研究文章的内容；其次通过MATLAB/Simulink来建立风力发电模型，并通过对风电技术控制策略的研究来实现直流侧电压的稳定；最后通过MATLAB/Simulink进行直驱永磁风力发电并网仿真，并对仿真结果进行分析。关键词：永磁同步发电机；并网仿真；最佳叶尖速比目录第一章绪论 )ΔUgd和ΔUgq表示交叉耦合电压补偿项；第四章风电系统仿真分析4.1引言电力系统对于电压等级、谐波含量这些可能会影响电力系统稳定性的因素要求较高，并且在实际生产应用中往往不能先投入使用再进行较大的调整，因此对电力系统进行仿真是十分有必要的。通过仿真可以有效了解到该系统在各种因素下可能会出现的情况及其带来的影响，使科研人员清楚认识到正在研究的系统是否存在弊端，存在怎样的弊端以及如何解决，对实际生产应用意义重大。目前能用来进行建模仿真的工具有很多，其中MATLAB被应用广泛，其下的Simulink模块更是为仿真提供了多种可能性。综上，本文将借用MATLAB/Simulink仿真来进行风电系统建模与控制仿真。仿真软件：MATLABR2019a/Simulink4.2仿真概述本部分主要通过前文建立起来的数学模型进行仿真模块的搭建，包括最初用于捕获风能并转化的风机传动系统模块，此模块与永磁同步机相连从而将由风能转化的机械能进一步变为频率和大小均发生变化的交流电以便通过双PWM变流器将其变为符合并网条件的交流电。主要原理及工作过程已在上文3.1中进行介绍。4.3仿真模块设计4.3.1风机传动模型风电系统的模型已在上图1.1中给出，其中的WindTurbine模块为风机传动系统子模块，如图4.1所示: 4.3.2机侧变流器仿真模型 4.3.3网侧变流器控制模块 4.4仿真结果及分析4.4.1电机侧控制仿真根据建立的风电模型，vw如图4.5，时间给定2s，1s时vw 结果分析：由以上各图可以看出，当风速为8m/s时，电机转速会稳定在1290rad/s,当风速突变至12m/s时，电机转速也随之突变为1950rad/s；功率在风速突变前均匀增加，突变后斜率稍有增大并保持继续增长，这说明只要风力机还在捕获风能，功率就会一直上升；转矩经过突变后逐渐恢复到原来数值；经过零d轴的控制策略，定子电流d轴分量为0，q轴分量保持在-65A左右。4.4.2电网侧控制仿真在以上的机侧仿真模型基础上，加上网侧的仿真模型，在12m/s的风速下进行仿真最大风能跟踪和并网，并对仿真结果进行分析。 结果分析:从上图4.10可知，直流电压稳定在1200V左右，能量损耗很小；由图4.11可知，通过锁相环实现了将频率与电网频率几乎保持一致，波动处在正常范围内；由图4.12-4.15可知，并网后电压保持稳定，电流波动在正常范围内。结果总结:实现了控制目标，即在风速发生变化时依然可以保持直流电压的稳定，并且只要风力机还在捕获风能，功率就会一直增加，功率增加的速率与风速成正比。第五章总结与展望PMSG因为具有简单的结构而且操作方便等一系列特点已经被广泛使用，成为当下风电领域的研究热点。风能发电在新时代显得愈发重要，尽管环境略显艰苦，但希望我们这代人可以放下成见，投身于新能源行业，希望企业优化基层建设，吸引更多有志青年的加入。本文所使用的最佳叶尖速比法来追踪最佳功率因为只需要控制风机转速，所以操作简单，易于实现，但自然界中的风速经常变化，不好测量，给科研带来很大的困难，因此，研究更为高效现实的风能追踪方法去适应时代的变化尤其重要。本文所使用的仿真模型，旨在通过模拟风速变化来观测最终获得功率的变化。论文在通过描绘模型原理，搭建仿真模型以及分析仿真结果的基础上，已经达到了观测目的，实现了并网仿真与控制。本文主要工作内容总结如下:通过了解当下环境与资源问题的背景，介绍了风力发电技术的必要性，引出了主要研究内容；建立了风机传动系统，并网模型，发电机和变流器等一系列数学模型，并且搭建了相应的仿真模型，经过对相关参数的设定和SVPWM技术来完善模型的调制方式；通过搭建的模型进行模拟发电，得到所需波形结果并进行分析。尽管本文做了不少的工作，但由于专业知识和时间有限，此模型还有很多方面需要完善，希望之后的学习过程中可以提升自己的知识能力。参考文献ADDINEN.REFLIST[1]郑海,杜伟安,李阳春,etal.国内外海上风电发展现状%J水电与新能源[J],2018,32(06):75-77.[2]冯毅.直驱式永磁风力发电系统的MATLAB/simulik建模与仿真%J电子测试[J],2020(21):58-59.[3]舟丹.我国的风能资源%J中外能源[J],2019,24(07):73.[4]徐凯.国内外风力发电现状及发展趋势%J中国高新技术企业[J],2007(13):77+81.[5]金准.迈向“双碳目标”——解析碳达峰、碳中和与旅游业高质量转型%J中国会展(中国会议)[J],2021(24):40-43.[6]赵君.国外分散式风力发电关键技术研究及对我国的启示%J东北电力技术[J],2017,38(08):11-15.[7]刘志有.论风力发电技术的应用与发展战略%J通讯世界[J],2017(24):271.[8]张胜利,席德科,陆森林,etal.我国风力发电技术的现状及与国外的差距[C].低碳陕西学术研讨会,2010:145-156.[9]丁昱苇.风力发电发展现状以及行业发展趋势研究%J光源与照明[J],2021(03):124-125.[10]苗树楷.浅议风力发电技术现状及存在问题%J山东工业技术[J],2018(07):185.[11]史佳钰.新时期新能源风力发电相关技术研究%J电子世界[J],2021(13):8-9.[12]林键.风力发电及其控制技术新进展探究%J中国设备工程[J],2021(13):221-223.[13]武振威,郭振泽.直驱风力发电系统最大功率点跟踪控制研究%J内燃机与配件[J],2017(21):137-139.[14]刘雪琴,王思琦,王佳浩,etal.空间矢量调制的基本原理与MATLAB仿真应用%J科技风[J],2021(17):105