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直驱永磁同步风力发电系统功率平滑策略的研究与控制系统设计
摘要
本篇论文主要介绍了直驱永磁同步风力发电系统功率平滑策略的研究及其控制系统设计。首先介绍了风力发电的发展现状及其优缺点；接着详细讲解了直驱永磁同步发电机的原理及其特点；然后，针对该系统中存在的功率波动问题，提出了基于能量储存的平滑策略，具体包括超级电容器、电池组和液压储能等方式，并通过仿真实验验证了其有效性；最后设计了控制系统，针对不同的储能方式选择了不同的控制策略，并进行了验证。
关键词：直驱永磁同步发电机；能量储存；功率平滑策略；控制系统设计
Abstract
Thispapermainlyintroducestheresearchandcontrolsystemdesignofpowersmoothingstrategyfordirect-drivepermanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystem.Firstly,itintroducesthedevelopmentstatusandadvantagesanddisadvantagesofwindpowergeneration;Then,itdetailstheprincipleandcharacteristicsofdirect-drivepermanentmagnetsynchronousgenerator;Next,forthepowerfluctuationproblemexistinginthesystem,asmoothingstrategybasedonenergystorageisproposed,whichincludessupercapacitor,batterygroupandhydraulicenergystorage,anditseffectivenessisverifiedthroughsimulationexperiments.Finally,acontrolsystemisdesigned,differentcontrolstrategiesareselectedaccordingtodifferentenergystoragemethods,andverificationiscarriedout.
Keywords:direct-drivepermanentmagnetsynchronousgenerator,energystorage,powersmoothingstrategy,controlsystemdesign
一、引言
随着环保意识日益增强，清洁能源得到了广泛关注。其中，风能作为新兴的清洁能源，具有巨大的发展潜力。风力发电系统是将风的动能转化为电能的设备，其核心是风力发电机。随着技术的发展，传统的机械式风力发电系统逐渐被直驱永磁同步风力发电系统所取代。该系统具有机械简单、效率高、风速稳定等优点，但也存在着功率波动等问题，为了解决这些问题，需要进行相关的研究和控制系统设计。
二、直驱永磁同步发电机原理及其特点
永磁同步发电机是利用永磁体产生的磁场与旋转电磁体之间的相互作用来产生机械能与电能相互转换的装置。在风力发电系统中，永磁同步发电机具有直接驱动、转速高、效率高等特点。
而直驱永磁同步发电机又是一种采用永磁同步发电机作为发电机的发电系统，其一般由风轮、转子、单相变频器、无感传感器、电容器、齿轮箱、变速器等组成。直驱永磁同步发电机的直接驱动式传动能给出较高的转矩，使机组转动更加平稳，运行效率更高。
但是，直驱永磁同步发电机也存在功率波动等问题，这需要使用能量储存的平滑策略来解决。
三、能量储存的平滑策略
超级电容器是一种储存电能的装置，具有高功率密度、长使用寿命等优点，其可以对功率波动进行平滑。电池组是利用化学反应的能量来为负载提供电力的装置，同时也可以对功率波动进行平滑。液压储能则是利用油液来将机械能转化为液压能存储起来，等待需要时再将其转换成机械能，也可以对功率波动进行平滑。
四、仿真实验
通过仿真实验，将三种能量储存的平滑策略分别应用到直驱永磁同步发电机上，对其功率波动进行了平滑处理。结果表明，三种能量储存方式都可以有效地平滑功率波动，具体效果如图所示。
五、控制系统设计
针对不同的储能方式，选择了不同的控制策略，其中超级电容器采用了直接控制策略，电池组采用了PID控制策略，液压储能则采用了模糊控制策略。并且在控制实验中均得到了良好的效果。
六、结论
通过本文的研究和实验，发现直驱永磁同步风力发电系统功率平滑策略可以有效地解决功率波动等问题，同时各种能量储存方式均具有其独特的优势和适用范围。控制系统设计方面应根据不同的储能方式选择不同的控制策略，并进行验证。
参考文献：
[1]刘明辉.直驱风力机组永磁同步发电