当今对可再生能源的开发利用中,风能由于其突出的优点而成为研究的热点,风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实选择。目前各种风力发电技术的发展方兴未艾,而其中变速恒频风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视。本文在传统风力发电技术的基础上,主要致力于研究基于永磁电机直接驱动变速恒频风力发电技术,从改善运行性能及增强实用性的角度出发,对直接驱动变速恒频风力发电技术展开了比较全面的理论、仿真和实验研究。 为实现直驱式永磁同步风力发电机无冲击并网与风能最大跟踪控制,本文设计了一种软并网与功率调节一体化的控制集成装置。基于广义功角特性,提出了一种对逆变器输出功率进行直接控制,从而实现最大风能跟踪的控制策略。新的控制策略可使发电机的转速按所期待的动态运动,因而具有良好的静态与动态性能。另外,该控制律中对电机参数具有很强的鲁棒性,因而该控制器能适应各种不同参数的同步风力发电机,成为同步风力发电并网与功率调节的独立装置。 本文首先对并网型风力发电机组的工作原理、组成和分类进行了介绍。接着详细介绍了并网型风力发电系统工作方式及拓扑结构,并对它们各自的优缺点进行了比较,进而得出低速永磁同步发电机直接驱动风力发电机的优越性。然后深入主体部分直驱式永磁风力发电组主电路及控制技术的分析和推导,介绍了主电路拓扑结构及工作原理,并且给出了并网与功率调节控制算法,最后基于MATLAB/SIMULINK建立稳态数学模型,通过仿真和实验验证了方法的可行性。 本文给出了系统的参数、仿真结果和详细设计过程。另外,详细介绍了装置的硬件和软件设计,以及在调试中参数的优化。 最后,本文以数字信号处理器(TMS320LF2407A)作为控制核心,列出了控制系统硬件原理图和主要软件流程图,初步设计了10kVA主电路及控制装置,进行了相关调试和测试,并分析了实验数据,为后续进一步设计研究工作奠定了一定的基础。 本文的研究工作得到国家自然科学基会重点项目——“分散式风力-太阳能发电系统的混合控制研究”(60534040)的资助。