海上风电用永磁直驱风电机叶尖速比控制与PI控制技术研究
摘要
随着化石能源的不消耗，能源紧张相关问题也明显的表现出，我国新能源产业
在市场需求促进作用下开始高速发展。海上风力发电有多方面的优势，因而目前在风
电领域开始受到关注，且对应的研究不增加。海上风电机一般应用到大功率、永磁
式直驱型风力发电机，本文对这种电机的性能特征进行研究：
针对目前较为常用的：1.5KW永磁式直驱风电机组进行设计，且提出了相应的控
制模型，根据海上风速的不停变换，找出最佳叶尖速比值以及相对于的最佳功率输出
值，探究不在额定风速时，如何保证最佳功率的输出，利用MATLAB仿真分析，确
定出其最大功率点。
设置了PI调节器进行参数调节，对大惯性、大滞后目标有较高的适应性。因此，
在风力发电机组的功率控制中，通过运用PI调节器，可检测出风电机组叶片接收到
的不同风速，再进行反馈调节。捕获最大风能、更好的满足发电效率相关要求。
关键字：永磁式直驱风电机；叶尖速比；PI控制器；MATLAB仿真
目录
摘要1
1绪论1
1.1此次课题研究的目的和意义1
1.2此次课题研究现状1
1.3此次课题研究内容和技术路线2
1.3.1研究内容2
2风力发电机的基本原理和选择4
2.1风力发电机的基本原理4
2.1.1风力机结构4
2.1.2永磁发电机5
2.2大功率风力发电机的选择6
3捕获最大风能的运行机理8
3.1贝茨(Betz)理论8
3.2风力发电机的特性系数11
4利用MATLAB/Simulink对最佳叶尖速比控制参数的仿真14
4.1MATLAB简介14
4.2风力发电系统的仿真模型14
4.2.1风力发电系统的模型建立15
4.2.2输出功率追踪控制模型的建立16
4.3追踪仿真1
5总结与展望20
参考文献21
1
1绪论
1.1此次课题研究的目的和意义
化石能源在此长期不合理应用形势下，引发各种类型环境污染，且导致各种社会
问题开始明显的表现出。在此类设置中这对人们赖以生存的环境也引发不良影响。新
能源的开发对此类问题有一定缓解作用，也是实现可持续发展目标的重要措施。风能
的特征表现为占地少、开发利用效率高，且对环境的要求不高。
风力发电可基于其所处区域进行划分，而分为海上风电、陆上风电，对比分析可
知，二者各有一定的优缺点和适用范围，其中海上风电的风速更高，风切变更低，相
应的成本显著降低（阎志远，孟晓霞，2024）;在运行过程中不会受到明显的电磁干
扰，相应的限制约束条件小，可装容量更大的机组而更好的满足应用要求，可更好的
满足效率相关要求。相关调查结果发现50米高度风电可装机容量约2亿千瓦；而高度
越高则对应的容量越大。虽然海上风电的开发利用水平不高，这在某种程度上说明不
过其表现出等方面的优势，也是未来此领域的重点发展方向，相应的发展潜力更大。
本文在数据解读部分使用了多样的统计学方法来检验数据的准确度，并找出可能存在
的离群值。经过对数据分布模式的深入挖掘，本文有效排除了那些显著偏离的数据点，
同时保留了具备代表性的样本内容。此外，本文还进行了敏感性分析，以衡量各参数
变动对结论稳定性和广泛适用性带来的影响。
发展海上风电场是很有必要的。虽然海上风力发电有很多优点，但也存在一些问
题，例如：风速的随机性和不可控性，其利用效率还不高，在应用过程中受到各方面
因素影响，其难以实现最大功率的输出。根据大量的研究发现在风电发展过程中，为
实现海上风电大规模的开发和利用，应该重点研究的问题就是提高风能利用率。
1.2此次课题研究现状
目前关于海上风电相关的研