第二章直驱型风力发电机和变流器数学模型
2.1永磁同歩发电机的数学模型
机侧PWM变流器主要的控制对象是永磁同歩发电机，为了对其实现有效控制，必须对永磁同歩发电机进行充分的了解。因此，本节先对永磁同歩发电机的数学模型进行推导。永磁同歩发电机的绕组分布在定子上，转子结构与普通电励磁的同歩电机不同，它用特殊的永磁体励磁來取代常规的电励磁。在发屯机运行过程中，永磁体自身产生磁链，随着转子旋转产生感应电动势[481。为了便于分析，通常所说的永磁同歩发电机的数学模型是在同步旋转坐标下建立的，为了更好的推到它的数学模型，简化永磁同歩电机的数学模型，我们忽略了磁路饱和等影响较弱的非线性因素，对其研究作了如下假设[491：(1)不考虑发电机铁心的饱和；(2)电机中的涡流和磁滞损耗可忽略不计；(3)转子上没有阻尼绕组；(4)气隙均匀分布，且永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场在气隙中均为正弦分布；(5)稳态运行时，转子旋转时永磁体产生的感应电动势为TF弦。
2.1.1基本坐标变换
在三相静止坐标下，一些系数在电机模型方程中会随着定转子的夹角和转速发生变化，这使得电机的数学模型十分复杂，给分析和求解造成一定的困难。因此，需要对电机的数学模型方程进行一定的坐标变换，从而使分析和求解过程变得容易一些。当三相对称电流通过三相绕组时，其基波合成磁动势呈正弦分布。因此，可以假设电机定子由一个互差90°电角度的正交绕组组成，在其中通以幅值相同但相位互差90°电角度的电流，也可以产生一个和三相绕组一样的旋转磁场。根据这一-假设，建立两相静止坐标系，如图3-1所示。同理，也可以先通过在一对正交绕组中通以直流电建立一个合成的静止磁场，然后再让这对绕组以同歩转速旋转，从而产生了一个旋转磁场,根据这一假设，建立两相旋转坐标系勿如图3-2所示。
2.2 PWM整流器数学模型
2.2.1在三相静止坐标系下的数学模型
PWM整流器可分为电压型PWM整流器（Voltage Source Rectifier-VSR)和电流型PWM整流器（Current Source Rectifier-CSR)两大类，本论文主要介绍电压型PWM整流器的数学模型。针对三相电压型PWM整流器的一般数学模型的建立，通常先做如下假设[53]：(1)电网电动势为三相平稳纯正弦波电动势；(2)网侧滤波电感为线性，且不考虑饱和；(3)功率开关器件为理想元件。 PWM整流器的输入端是三相对称交流电源，其主电流图如图2-4所示.
第二章直驱型风力发电机和变流器数学模型...........................15
2.1永磁同步发电机的数学模型...........................15
2.2 PWM整流器数学模型...........................19
2.3变流器直流环节数学模型...........................22
第三章直驱型风力发电机机侧变流器...........................25
3.1风力机模型...........................25
3.2最大风能捕获机理...........................27
3.3机侧变流器控制策略...........................29
3.4机侧变流器控制参数的设计...........................32
第四章直驱型风力发电机网侧变流器...........................37
4.1网侧变流器的控制策略...........................37
4.2网侧变流器控制参数的设计...........................41
4.3电网电压跌落时网侧变流器的控制...........................44
第五章直驱型风力发电系统仿真与...........................49
5.1风力发电系统各单元的仿真模型...........................49
第六章总结与展望
6.1结论
本论文主要对直驱式风力发电系统的双PWM变流器进行了深入的研究，建立了永磁同步发电机、PWM变流器的数学模型，分析了机侧和网侧变流器的控制策略，并通过仿真验证了模型和控制策略的有效性和正确性。主要完成工作内容如下：
(1)介绍了风力发电的发展现状，详细阐述了全功率变流器的拓扑结构和控制技术，推导了永磁同步发电机、PWM变流器的数学模型，分析了全功率变流器的功率流向，建立了变流器直流环节的数学模型。
(2)分析了风力机的数学模型，从而了解了风力机的特性和最大风能捕获原理。在此基础上，研究了机侧变流器的控制策略，采用转子磁场定向的控制策略，并对控制系统的PI、电容等控制参数进行了设计。
(3)研究了直驱风力发电系统网侧变流器的控制策略，采用电网电压定向的矢量控制策略，对控制系统的PI、滤波器等控制参数进行了设计。研究了电网电压跌落时，变流器的动态响应，以及应采取的措施。
(4)搭建了整个直驱式风力发电系统的仿真模型，对电网电压正常情况和电网电压跌落情况进行了仿真分析。
