摘要
随着环境污染、能源匮乏等问题的日益显著，利用可再生能源发电已成为一种必然趋势。风能凭借其无污染、储量丰富的优点，成为可再生能源发电的一个重要发展方向，受到世界许多国家的关注。在风力发电系统中，大功率的变速恒频双馈风力发电系统以低成本，高效率等优点成为当今风力发电系统中的主流，中小功率的永磁同步风力发电系统得益于直驱技术的发展，凭借其机构简单、易维护的优点进入家庭式发电中，大大提高了风能的利用率。本文重点分析了两种不同功率等级风力发电技术的运行原理和控制策略，并提出了研究思路和实现方案。
关键词：风力发电；最大功率追踪控制；双馈电机；
目录
TOC\o1-3\h\z\u第一章绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2风力发电的概述 1
1.1.1国外风力发电发展现状 1
1.1.2我国风力发电发展现状 1
1.3风力发电控制系统的研究 2
1.4论文的研究内容 2
第二章风力发电系统的基本原理 3
2.1风力发电系统的总体设计 3
2.2风力发电机的类型 3
2.3风力机原理与工作特性 3
2.3.1风力机的能量转换理论 3
2.3.2风力机的工作特性 4
第三章双馈风力发电机控制研究 6
3.1双馈风力发电机 6
3.1.1双馈风力发电机的基本原理 6
3.1.2基本的坐标变换关系 6
3.1.3交流励磁双馈发电机的数学模型 7
3.2双馈电机矢量控制策略 7
3.2.1双馈发电机的功率关系 7
3.2.2双馈风力发电机的控制方式 7
第四章永磁同步发电机的最大功率控制 9
4.1永磁同步电机的基本原理 9
4.1.1永磁同步电机的发展 9
4.1.2永磁同步电机的等效电路 9
4.2永磁同步风力发电系统控制策略设计 9
4.2.1风力机最大功率追踪控制基本原理 9
4.2.2永磁同步风力发电机系统的控制结构 11
4.3永磁同步风力发电系统的仿真设计 11
第五章风力发电控制系统的硬件设计与软件设计 13
5.1系统设计的总体方案 13
5.1.1风力发电系统装置的设计 13
5.1.2控制系统的总体设计 14
5.2主电路与驱动电路的设计 15
5.2.1主电路设计 15
5.2.2AD中断软件设计 17
第六章系统仿真与实验分析 20
6.1风力发电系统的仿真分析 20
6.1.1双馈风力发电机的仿真分析 20
6.1.2永磁同步风力发电机仿真分析 22
6.2实验结果及分析 24
结论 29
参考文献 30
致谢 31
绪论
1.1课题的研究背景及意义
电能是当今社会中不可缺少的能源，在国民经济发展中扮演着重要的角色。但是电能不是第一能源，需要借助于其他能源的转化。传统的发电形式有火力发电，水力发电和核电等。火电主要依靠煤炭和石油等化石能源的燃烧，排出的大量CO2和SO2等污染物催生了一系列自然灾害，同时，作为不可再生能源，煤炭石油的储量日益减少，面临着枯竭的问题。水电是利用水的势能和动能发电，水力发电对于电厂的地理位置要求很高，而且全世界的水力资源有限，再度开发利用已十分有限。核电借助于核裂变反应放出的大量热能进行发电，存在着很多潜在的危险，且投资大、成本高。
由此可见，常规能源发电存在着能源匮乏和环境污染等一系列问题，严重影响到国民经济的发展和人们的生产生活。因此，发展无污染、可再生能源发电势在必行。
1.2风力发电的概述
1.1.1国外风力发电发展现状
从装机容量上来看，如下图1.1所示近几年世界风电装机容量增长迅速，全球装机需求也随着持续增长的装机容量而造成了短期的供不应求的局面。截止2014年，全球风力发电装机容量累计增长到376GW,同比增长了24%。其中新设备价值660亿美元。
全球风机装机容量
■容量/MW
图1.1全球累计风机装机容量
国外风力发电之所以能蓬勃发展，与各国政府和组织对发展风力发电的政策的实施有着莫大的关系。这是因为风电的社会效益远高于其经济效益，政府出台很多的优惠政策，比如政府补贴电网公司收购风电厂所发的电能，风电厂才能有资金投入到前沿技术研究和新的设备上，风电设备产业才会具有规模效应而降低风电建设成本[1]。
1.1.2我国风力发电发展现状
我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，全国可开发利用的风能约2.5TW。有沿海（山东、江苏、浙江、福建、广东）和东北至西北（包括内蒙古、新疆）两大风带，且风能质量较好，为开发风力发电提供了基础的环境和条件。
我国