直驱式永磁风力发电控制系统设计泮斌斌(浙江海洋学院机电学院，浙江舟山316000)摘要风力发电作为绿色能源在全世界迅速发展，这是解决世界能源危机的重要途径，在这个背景下本文对直驱式永磁风力发电控制系统进行了应用设计。
本文以风力发电的工作原理等基础理论为基本理论，得到一种控制风能的利用效率的变桨控制的基本控制策略；通过比较当前流行的几个风力发电机组的结构和不同控制方案之间的不同特点；分析了直驱式永磁风力发电的性能和特点，最终得出本机组需要采用以“同步高速、无刷励磁旋转、全功率的逆变’’为核心的技术路线。
本论文最后完成了风力发电机控制系统的设计，以控制系统所要实现的功能为基础，根据控制系统的要求，分析了系统输出和输入的信号，简单阐述了组成控制系统的硬件系统的可编程处理器和最主要的控制信号变送器，确定了传感器的类型以及各硬件的配置；以这些为基础讨论了一些控制系统的控制策略，研究设计了主程序的流程图，变桨距控制图，并详细的研究了变桨距的控制过程，得出了控制原理和结构组成。
关键词：风力发电机；控制系统；变桨控制ABSTRACTWind power as the rapid development of green energy in the world, it is important to solve the world energy crisis means, in this context of this paper, direct-drive permanent magnet wind power control system for the application design.In this paper, wind power and other basic working principle of the theory of the basic theory, a control variable wind energy utilization efficiency of the basic control strategy for pitch control.A couple of current by comparing the wind turbine structure and the difference between the different characteristics of the control program;Analysis of direct-drive permanent magnet wind power generation performance and features, and ultimately come to the unit needs to adopt a "synchronous high-speed, brushless rotary, full-power inverter technology''as the core line.Finally completed the wind turbine control system to control system functions to be achieved, based on the control system according to the requirements of the system output and input signal composed of a simple control system described in the programmable hardware system The main control signal processor and transmitter, to determine the type of sensors as well as the hardware configuration;Based on these discussions a number of control system control strategy, research and design of the main program flow chart, variable pitch control charts, and detailed study of the pitch control of the process, obtained the control principle and structure.KEY WORDS：wind turbine；control system；pitch control目录第一章绪论 (1)1．1引言 (1)1．2风力发电在国内外发展现状和趋势 (1)1.3 风力发电原理 (5)1.4 风力发电机结构 (6)1.5 选题依据和意义 (6)第二章风力机的相关理论及本系统的结构 (9)2．1风电机组的工作原理 (9)2．2风力发电机组的分类 (10)2.2.1 水平轴风力发电机 (10)2.2.2垂直轴风力发电机 (10)2.3并网型风力发电机组 (11)2.3.1双馈风力发电系统 (11)2.3.2直驱式风力发电系统 (12)2.3.3三相同步发电系统 (13)第三章直驱式永磁同步风力发电系统 (14)3.1概述 (14)3.2变桨距系统控制 (14)第四章风电机组控制系统的设计 (17)4．1风力发电机电动变桨控制系统硬件结构 (17)4．2 变桨系统的控制策略 (18)4．3控制系统的软件设计 (18)4.3.1变桨控制系统软件设计 (19)4.3.2 偏航控制系统软件设计 (21)4.3.3故障报警和联锁保护 (22)第五章总结与展望 (23)致谢 (24)[参考文献] (25)第一章绪论1．1引言发展可再生能源已经是大势所趋。
主要发达国家、发展中国家，都已经将发展风能、太阳能等一些可以再生的能源作为对新世纪气候变化和能源双重的挑战的一个重要手段。
但是除了水能之外的其他可再生能园之中，风能毫无疑问是世界上所公认的最最接近商业化的技术之一————和其他可再生能源相比，风能的经济性最明显，而且产业化的基础最好，也不存在生物能的资源约束问题，另外也没有其他大的环境影响，在可预见的时间内（2030—2050年），都将是最有可能大规模发展的能源资源之一[18]。
1．2风力发电在国内外发展现状和趋势风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。
仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦；一马力等于0．75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。
目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。
因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。
在过去的5年间，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快能源的地位。
2005年以来，全球风电累计装机容量年平均增长率为27.3%，新增装机容量年平均增长率为36.1。
根据丹麦BTM咨询公司报告，2009年全球有超过3810.3万kW的新增装机容量并入电网，营业总额达到500亿欧元。
截至2009年底，全世界风电累积装机总容量约为1.6亿kW，同比上年增长31%.目前，风电的年发电量约3400亿kWh，风力发电量已经占到世界总发电量的2% 以上。
在累计装机容量上，欧洲仍然是风力发电市场的领导者，截至2009年底，其累积装机总容量为7655.3万kW，占全世界风电总装机的47.9%，提前超额完成了到2010年风电装机容量达到4000万kW的目标。
但是，在2009年新增装机容量方面，欧洲只占28.2%，北美洲达到39.3%，亚洲达到30%0，欧洲已经失去其领先的地位了，中国和美国成了推动全球风电产业的火车头。
目前，德国、西班牙和意大利三国的风电机组的装机容量约占到欧洲总量的65。
近年来，在欧洲大力发展风电产业的国家还有法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、奥地利、瑞典、爱尔兰。
欧洲之外，发展风电的主要国家有美国、中国、印度、加拿大和日本。
迄今为止，世界上已有82个国家在积极开发和应用风能资源。
未来的20年之内什么将会是世界上发展速度最快的能源呢，毫无疑问一定是风电。
目前近海风电场的开发主要在欧洲的丹麦、英国、荷兰、瑞典、爱尔兰、德国等国家。
到2009年底，已有834台共211万kW的风电机组在海上风电场投入运行，约占全球累计风电装机容量的1.3%. 2009年新增海上风电场9个，新增海上装机容量68.9万kW，新增海上风电机组224台，最小单机功率为2MW，最大装机功率5MW。
其中：英国新建3个海上风电场（30.6万kW)、丹麦一个(20.7万kW)德国一个(6万kW)。
1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发电用的风车。
这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米；叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力；风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。
由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。
据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。
今年一季度，我国风力发电量达到188亿千瓦时，增长60.4%。
这一数据表明，风电发展依然延续着“十一五”时期高速发展的态势。
经过30多年、尤其是“十一五”的快速发展，我国风电取得了辉煌成就，目前，我国已成为世界第一风电大国。
我国风电高速发展背后有着怎样的原因？目前风电发展面临哪些制约因素？“十二五”时期风电产业应如何转变发展方式，促进我国实现从“风电大国”向“风电强国”的转变？记者就这些问题采访了国家能源局有关负责人和风电企业代表。
国家能源局数据显示，今年一季度，我国风力发电量达到188亿千瓦时，增长60.4%，增速居各大能源发电之首。
“风电投产容量和电网的优化调度是一季度风力发电迅速增长的两大主要因素。
”国家能源局可再生能源司副司长史立山分析。
此外，北方供热期基本结束，保证热电联产和居民用热的那部分电网调度被释放出来，也为风电调度腾出了空间。
一季度风电发展与“十一五”风电高速发展趋势不谋而合。
“十一五”期间我国风电装机容量连续5年实现翻番，成为世界第一的风电大国。
截至2010年底，我国风电总装机容量已经超过4000万千瓦，已居世界第一位。