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随着世界对新能源的需求不断提升,风能作为其中重要的一条新能源提供途径,越来越受到重视。目前对风能的利用主要集中在风力发电模式,因此高效可行的风力发电技术成为从业人员的研究热点。目前常用的风力发电系统主要有双馈风力发电系统和低速半直驱/直驱风力发电系统,二者有着不同的风力发电系统电路拓扑结构。因为利用风机直接带动发电机发电,其转速是有限的,所以双馈风力发电系统一般配备增速齿轮箱,提升电机轴转速。齿轮箱使得风力发电系统增加了一个动力传递环节,势必降低能量传递效率,同时齿轮箱本身也需要维护。低速直驱风力发电系统要求发电机低速大转矩运行,所以电机一般设计成多极,不仅使体积、重量和成本大幅上升,而且使电机的制造、运输和安装都更加困难。本文针对目前低速永磁风力发电系统中存在的不足,利用磁齿轮原理开发了一种新型场调制永磁风力电机,不仅减小了电机的体积和重量,同时提高了电机的转矩电流比。 针对新型电机的风力发电系统,本文采用双PWM背靠背电路拓扑结构,利用最优转矩算法跟踪风力机的最大风能工作点,并将直接转矩算法应用到最优转矩的跟踪,这与最佳叶尖速比结合空间矢量算法的最大风能跟踪方式相比,控制系统结构得到了简化。针对直接转矩控制算法中的磁链估计问题进行了比较分析和仿真验证,最终选取了一种进行角度补偿的闭环磁链估计方案,利用该方案可以准确、快速的计算出电机的定子磁链,有着很好的动态响应。 本文借助Matlab/Simulink平台,对所提控制算法进行了仿真验证分析。在此基础上,进一步搭建了基于数字信号处理器(DSP)的控制平台,其硬件电路主要有电量检测电路、信号处理电路、保护电路、驱动电路等,并利用C语言编写了控制算法程序。在控制平台上进行了风力发电系统的控制实验,结果验证了所提控制算法的可行性和有效性。