永磁直驱风力发电实验报告
【开题报告】直驱式永磁风力发电控制系统设计
开题报告机械设计制造及其自动化直驱式永磁风力发电控制系统设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义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。
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。
今年一季度，我国的风力发电量达到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。
风力发电实验报告
风力发电实验报告1. 引言风力发电作为一种可再生能源，具有广泛的应用前景。
本实验旨在通过模拟风力发电的实际运行过程，探究风速对风力发电机发电效率的影响，并对实验结果进行分析和讨论。
2. 实验目的•了解风力发电原理及其在实际应用中的重要性；•掌握风力发电机的基本组成和工作原理；•研究风速对风力发电机发电效率的影响；•分析实验结果，评估风力发电的可行性。
3. 实验器材•风力发电机模型•风速测量仪器•模拟负载仪器•多功能电表•计时器•数据记录表格4. 实验步骤4.1 实验前准备1.搭建风力发电机模型，并确保其可正常工作；2.将风速测量仪器放置在风力发电机旁，并进行校准。
4.2 实验操作1.将风力发电机模型放置在有风的地方，确保风流能够顺利进入发电机；2.使用风速测量仪器测量风速，并记录风速数值；3.打开风力发电机的电源开关，观察并记录风力发电机的输出电压和电流数值；4.使用多功能电表测量并记录风力发电机的输出功率；5.记录实验数据，并进行分析。
4.3 实验数据记录风速(m/s) 输出电压(V) 输出电流(I) 输出功率(P)2 5.6 0.8 4.483 6.8 1.2 8.164 7.5 1.6 125 8.2 2 16.45. 实验结果分析根据实验数据，我们可以得到以下结论：1.随着风速的增加，风力发电机的输出电压、电流和功率都呈现增加的趋势。
这是因为较高的风速可以提供更大的风能给发电机，从而增加发电机的输出功率。
2.风力发电机的输出功率与风速之间存在一定的非线性关系。
在低风速下，风力发电机的输出功率增长较为缓慢；而在一定的风速范围内，风力发电机的输出功率增长较快；当风速超过一定阈值后，风力发电机的输出功率增长逐渐趋于平稳。
3.风力发电机的输出功率受到多种因素的影响，如风轮叶片的设计、发电机的效率等。
本次实验中所使用的风力发电机模型可能存在一定的工艺不足，导致了实际输出功率与理论值之间的差异。
6. 结论通过本实验的模拟操作，我们探究了风速对风力发电机发电效率的影响。
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。
变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。
直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。
通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。
一、变速变桨距控制概述1.基本控制要求在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。
在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。
而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。
这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。
随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。
随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。
这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。
空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。
显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。
2.主动失速变桨距在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。
按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。
减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。
尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。
向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动性，一旦大部分叶片失速，就没有足够的变桨距调节来控制转矩。
永磁直驱风力发电机背靠背对拖试验系统及其应用
永磁直驱风力发电机背靠背对拖试验系统及其应用风能是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用形式。
风力发电是一种可再生的清洁能源，符合能源技术发展趋势，得到世界上绝大多数国家的扶持，发展迅猛。
风力发电机组是将风能转换为机械能驱动发电机发电，最终输出交流电的电力设备，可单机直接供给用电设备，也可并网输送到用电集中地区。
1 前言风力发电机组的最新型技术是变桨调速，有双馈型和直驱型两种机型，直驱机组因其优势明显，在海上大功率风力发电中占据主导地位。
永磁直驱风力发电机因其转速低、体积大、造价高等特点，在制造厂的试验测试与常规发电机不同，本文详细介绍其试验原理、试验系统及其应用。
2 直驱型风力发电机组工作原理及优势直驱型风力发电机组由叶轮直接驱动永磁直驱风力发电机（系统图见图1），具有以下独特优势：（1）直接驱动，系统组成设备少，可靠性高，运行维护成本低;（3）无齿轮箱，提高了效率，降低了噪音;（4）无稀油润滑，无漏油隐患，清洁环保;（5）全功率变流器完全将机组和电网隔离，可实现对电网有功、无功的灵活控制，并且易实现低电压穿越，保障电力安全。
3 试验原理永磁直驱风力发电机试验按照机电设备和GB/T25389.1、GB/T25389.1、NB/T31012等永磁风力发电机标准中型式试验、出厂试验的试验项目和试验方法进行。
永磁直驱发电机转速低、体积大、造价高，无法像常规发电机那样，用已试验合格的专门测试机和变流器固定在试验台上，对新制造的待测试发电机进行全功率试验。
基于此，提出了背靠背对拖试验方法，其原理是使用两台新制造的待测试发电机产品，配套产品变流器，互相作为测试机和被试机，完成试验项目。
根据这一试验原理，试验站只需配备：（1）试验平台、监测仪器和分析系统;（2）必要的模拟风场条件的设备;（3）具有并网功能的电控设备;（4）连接电缆。
4 背靠背对拖试验系统背靠背对拖试验一次电气系统图如图2，本试验系统适用于1.5MW～6MW、输入电压为690V、永磁直驱风力发电机的出厂试验和型式试验。
_风力发电实验指导
风力发电实验风能是一种清洁的可再生能源，蕴量巨大。
全球的风能约为2.7×10 8万千瓦，其中可利用的风能为2×10 6万千瓦，比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。
随着全球经济的发展，对能源的需求日益增加，对环境的保护更加重视，风力发电越来越受到世界各国的青睐。
大力发展风电等新能源是我国的重大战略决策，也是我国经济社会可持续发展的客观要求。
发展风电不但具有巨大的经济效益，而且与自然环境和谐共生，不对环境产生有害影响。
近几年，随着我国的风电设备制造技术取得突破，风力发电取得飞速发展。
据2011年4月《国家电网公司促进风电发展白皮书》。
截至2010年底，全国风电并网容量2956万千瓦，“十一五”期间年均增速接近100%。
2010年，全国风电机组平均利用小时数2097小时。
蒙东、蒙西、吉林、黑龙江风电发电量占全社会用电量的比例分别达到21.1%、8.7%、5.6%、4.6%，风电利用已达到较高水平。
预计到2015年，我国风电规模将超过9000万千瓦，2020年将达到1.5亿千瓦以上。
与其它能源相比，风力，风向随时都在变动中。
为适应这种变动，最大限度地利用风能，近年来在风叶翼型设计，风力发电机的选型研制，风力发电机组的控制方式，并网发电的安全性等方面，都进行了大量的研究，取得重大进展，为风力发电的飞速发展奠定了基础。
风电的飞速发展提供大量的就业与个人发展机会，普及风电知识，在高等院校培养相关专门人才已成当务之急。
实验内容实验1 风速，螺旋桨转速（也是发电机转速），发电机感应电动势之间关系测量 实验2 测量扭曲型可变浆距3叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系 实验3 切入风速到额定风速区间功率调节实验实验4 额定风速到切出风速区间功率调节实验 － 变浆距调节 实验5 风帆型3叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系的测量 实验6 平板型4叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系的测量实验原理1、风能与风速测量风是风力发电的源动力，风况资料是风力发电场设计的第一要素。
基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究的开题报告
基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究的开题报告排版和字体的不合格，建议修改题目：基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究一、研究背景随着近年来环保意识的增强和能源紧缺的现状，风能作为一种清洁、可再生的能源日益受到关注。
永磁直驱风力发电系统是常见的一种方案，其在发电效率、寿命和噪声等方面具有优势。
在实际的风能利用过程中，针对不同的风速条件，如何实现最大风能的追踪是永磁直驱风力发电技术研究中的热点和难点。
二、研究内容本研究旨在针对永磁直驱风力发电系统，在PSCAD软件环境下，开展最大风能追踪算法的研究，主要包括以下几个方面的内容：1. 基于永磁直驱风力发电系统的仿真建模和参数配置。
2. 建立最大风能追踪控制算法，探究元件的最佳工作点。
3. 进行模拟实验，验证最大风能追踪控制算法的有效性。
4. 分析探讨不同特性的风能源对于最大风能追踪的影响。
三、研究意义本研究的重点在于研究最大风能追踪控制算法，并对不同特性的风能对其影响进行分析探讨，为永磁直驱风力发电技术的应用和发展提供一定的参考和指导。
通过本研究的结果，也能够为风能开发利用提供一定的技术支持，为人们更好地利用清洁能源、保护环境做出贡献。
四、研究方法本研究将主要采用仿真实验方法，以永磁直驱风力发电系统为基础，使用PSCAD软件进行仿真建模和参数配置。
针对系统的特性和追踪控制算法，设计不同的仿真实验，验证算法的有效性和稳定性。
采用分析对比的方法，对不同实验结果进行评估和分析。
五、预期目标和成果本研究的预期目标是实现永磁直驱风力发电系统的最大风能追踪控制算法，在仿真实验中得出合理的实验数据并进行分析，为实际应用提供一定的参考和指导。
预期成果包括：基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪控制算法研究论文一篇，并有望推广应用相关技术。
六、研究计划1. 第一阶段（4周）：文献调研，了解永磁直驱风力发电系统的基本特性和最大风能追踪的相关算法。
《永磁直驱风力发电系统故障穿越技术研究》
《永磁直驱风力发电系统故障穿越技术研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提升，风力发电作为一种清洁可再生能源，已成为当今电力产业发展的关键领域。
而其中，永磁直驱风力发电系统因效率高、维护成本低等优点备受关注。
然而，系统故障可能会影响风电系统的稳定性和运行效率。
因此，研究永磁直驱风力发电系统的故障穿越技术，对于提高系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
本文将探讨该领域的技术发展及研究方向。
二、永磁直驱风力发电系统概述永磁直驱风力发电系统是一种直接将风能转换为电能的发电系统，其核心是永磁发电机。
该系统通过风力驱动发电机转子旋转，进而产生电能。
相较于其他风力发电系统，永磁直驱系统具有更高的转换效率和更低的维护成本。
此外，其结构简单、可靠性高，使得它在风力发电领域具有广泛应用。
三、故障穿越技术研究在风力发电系统中，故障穿越技术是指在发生故障时，系统能够快速恢复稳定运行的能力。
对于永磁直驱风力发电系统而言，故障穿越技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 传感器故障检测与处理：传感器是风力发电系统的重要部分，其准确性直接影响到系统的运行。
当传感器出现故障时，系统应能快速检测并采取相应措施，如切换备用传感器或进行传感器校准等。
2. 功率变换器控制策略：功率变换器是连接发电机和电网的关键设备。
当电网发生故障时，功率变换器应能快速响应，通过调整控制策略来维持系统的稳定运行。
3. 储能系统的应用：储能系统能够在电网故障时提供紧急能量支持，帮助系统快速恢复稳定。
研究如何将储能系统与永磁直驱风力发电系统相结合，提高系统的故障穿越能力是一个重要方向。
4. 保护策略与控制算法：针对不同类型的故障，制定相应的保护策略和控制算法是提高系统故障穿越能力的关键。
这包括对过压、过流、短路等故障的快速响应和处理。
四、技术发展及研究方向目前，永磁直驱风力发电系统的故障穿越技术已取得一定成果，但仍存在诸多挑战和机遇。
未来研究将主要集中在以下几个方面：1. 智能化技术：利用人工智能、大数据等技术手段，提高系统的自诊断、自修复能力，降低故障发生率。
直驱式永磁同步风力发电机性能研究
直驱式永磁同步风力发电机性能研究摘要：现代风力发电技术的发展趋势为一是无刷化，二是采用取消增速机构的风力机直接驱动低速发电机，其中最典型的是直接驱动永磁风力发电机。
本文以输出功率1.5 MW，转速为20 r/min，120 极378槽的内置式直驱永磁风力发电机为例，通过场路结合法分析了发电机在空载、额定负载、短路情况下的运行性能。
最后比较和分析了极弧系数、负载变化以及每极每相槽数对永磁同步发电机性能的影响，为今后电机参数优化提供理论依据。
关键词：直驱式；永磁同步风力发电机；性能前言永磁直驱同步风力发电机是由风力直接驱动发电机进行发电，亦称无齿轮风力发电机。
这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。
由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和易过早损坏的部件，因此没有齿轮箱的直驱式风力发电机，具备高效率、低噪声、高寿命、体积小、维护成本低等诸多优点。
一、永磁同步风力发电机运行性能分析采用RMxprt软件对功率为1.5 MW的直驱式永磁风力发电机进行设计，确定电机尺寸为：定子外径3 620 mm，定子内径3 324 mm，转子外径3 182 mm，铁心长度1 140 mm，永磁体材料为Nd-FeB，永磁体厚度25 mm，气隙长度6 mm。
RMxprt软件得到的永磁风力发电机的性能指标列于表1。
1、空载特性图1 给出用Maxwell2D软件得到的转速为20 r/min时的空载相电压波形，其空载线电压为1 194.9 V，而用RMxprt软件计算的空载基波感应电压为1 021.9 V，两者差值是由于其它次谐波所造成的。
图2所示为空载电压的谐波分量分布情况，3次谐波为其谐波中最大，总谐波畸变THD为11.91%，可以采取优化永磁体形状等一些设计方案来降低THD。
空载齿槽转矩如图3所示，表明120极378槽设计方案的齿槽转矩脉动小，风机叶片的转速脉动也随之减小。
图4给出了空载时的磁力线分布情况，可以看到磁力线合理地分布于定子齿部和转子轭部内，永磁体间漏磁很小，定子齿部磁密较大。
风力发电实验报告
风力发电实验报告风力发电实验报告一、引言近年来，随着环境保护意识的增强和对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式备受关注。
本实验旨在通过模拟风力发电装置，探究风力对发电效率的影响，以及优化设计的可能性。
二、实验设计与方法本实验采用简易的风力发电装置，包括风车、发电机和电池。
风车由三片叶片组成，叶片材料为轻质塑料，可以旋转。
发电机通过风车的旋转产生电能，将电能储存到电池中。
在实验过程中，我们将风力发电装置放置在风速相对较大的地区，以确保风力的充分利用。
同时，我们还测量了不同风速下的转速、电压和电流，以评估风力发电的效率和稳定性。
三、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了不同风速下的转速、电压和电流数据。
根据这些数据，我们可以计算出风力发电装置的输出功率和效率。
在低风速下，风力发电装置的转速较低，电压和电流也相对较小。
这是因为风力不足以充分推动风车旋转，从而无法产生足够的电能。
然而，随着风速的增加，风力对风车的作用力也增大，转速、电压和电流逐渐增加。
在适当的风速范围内，风力发电装置可以实现较高的输出功率和效率。
此外，我们还注意到，当风速过大时，风力发电装置的输出功率并不随之增加，甚至会出现下降的趋势。
这是因为在过大的风速下，风车受到的风力过于强大，导致风车转速过快，超过了发电机的额定转速。
这时，发电机无法正常工作，无法将风能转化为电能，从而导致输出功率下降。
基于以上实验结果和分析，我们可以得出结论：风力发电装置的输出功率和效率与风速密切相关，但存在一个最佳风速范围。
在此范围内，风力发电装置可以实现较高的发电效率和稳定的输出功率。
因此，在实际应用中，我们应该根据当地的风速情况，合理设计和调整风力发电装置，以获得最佳的发电效果。
四、优化设计与展望在实验过程中，我们发现风力发电装置的效率和稳定性受到风速的影响。
因此，我们可以通过优化设计来提高风力发电的效率。
首先，我们可以改进风车的叶片设计，以增加叶片的承受风力面积，提高风车的推力。
永磁直驱风力发电系统及变流器控制措施
永磁直驱风力发电系统及变流器控制措施摘要：随着我国经济水平以及工业化、机械化水平的不断提高，社会公众的日常生活与工厂生产对于能源的需求越来越大。
但我国的能源消费与能源储备却逐渐呈现不匹配的趋势，传统能源不仅存在着环境污染等问题，也在消耗中逐渐面临紧缺的危机。
因此，我国社会对于新能源的开发十分重视，在众多新能源之中，风力发电作为高效方便且有一定操作性的能源得到了广泛关注，本文也将结合金风科技生产的发电系统对于永磁直驱风力发电系统以及相关的变流器进行深入研究。
关键词：风力发电；永磁直驱风力发电系统；变流器引言：在众多新能源开发中，风能作为清洁有效且又具有操作性的能源在我国的部分地区得到了深入的研发，而在风力发电系统中，永磁直驱风力发电系统是我国目前研发的风力的最新科研成果之一，它具有稳定且安全的发电系统、对于风能资源的利用率和发电效率也十分高，除此之外，永磁直驱风力发电系统还具有简单方便的操作方式等特点，因此成为了我国风力发电系统的首选，甚至出口海外。
一、永磁直驱风力发电系统在我国的能源分布中，传统能源分布十分不均，且资源日益稀缺。
因此，各式的新能源作为传统能源的替代品，在我国的能源消费中逐步占据有利地位。
而在我国的新能源种类中，研究人员对于风能的开发取得了一定的进展，本文也将进行主要探讨。
在风力发电中，主要包含风力机和发电机两大部分，而我国的风力发电系统正是在这两部分的基础上进行的相关研究。
在传统的风力发电系统中，大多采用异步式发电机，这种发电机在进行风力发电时耗费的风能大，资源转换利用率低，在使用方面并不方便[1]。
而永磁直驱风力发电系统相较于传统的风能发电系统，减去了累赘繁重的部件，扩大了系统容量，不仅提高了资源的转换率，更有助于减少在整个转换过程中的能耗，也因此成为了我国目前风力发电的首选。
二、永磁直驱风力发电系统的优点在我国工业现代化转型的过程中，我国的风力发电系统也经历着转型，和传统的风力发电系统相比，永磁直驱风力发电系统在许多方面都有着独特的优势。
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实验一永磁同步风力发电系统接线实验一、实验目的1.掌握永磁同步风力发电系统的基本结构及组成；2.掌握永磁同步风力发电实验系统各部分间的接线。
二、实验原理1.永磁同步风力发电系统的结构及组成永磁步风力发电系统主要由模拟风力发电机、双向变流器、电网以及电量监视仪表等部分组成。
系统组成及控制原理框图如图1-1所示。
机侧变流器网侧变流器图1-1永磁同步风力发电系统原理框图2.模拟风力发电机模拟风力发电机即永磁直驱风力发电机组，包括风力机及永磁同步发电机、和增量编码器等组成，其中风力机由三相异步变频调速电动机组成，其由单独地变频控制转动，来模拟风力机转动，如图1-2所示。
另外，图1-3中的永磁直驱风力发电模拟系统控制柜里面包含三相变频器，是控制三相异步变频调速电机转动，模拟风机带动永磁同步电机转动发电，风力机的定子接线端接到该控制柜。
图1-4中的直驱永磁风力发电机组变频柜里面包含机侧变流器和网侧变流器，是对永磁同步发电机发出的电进行PWM整流和逆变，增量编码器的A、A_、B、B_、Z、Z_信号输出端，以及永磁同步电机的定子输出端都要接到该控制柜。
直驱永磁风力发电机组变频柜的输出端接到电网上，如图1-2所示。
增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增增图1-2 永磁直驱发电机组结构图图1-3 永磁直驱风力发电模拟系统控制柜机侧控制板网侧控制板增量式输入接口图1-4 永磁直驱风力发电机组变频柜图1-5 电网接入端口三、 实验内容及步骤1. 实验准备实验前请仔细阅读系统的安全操作说明及系统相关的使用说明书，识别并准备完成实验开始前所需的器件。
2. 实验步骤1） 将机组中三相异步变频调速电动机的定子输入三相线接到永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的U ，V ，W 端子上，注意变频器输出相序和风力机的定子输出相序一致。
2） 将机组中增量式编码器输出端口的A 、A _、B 、B _、Z 、Z _信号输出端口接到永磁直驱风力发电机组变频柜的机侧控制板上对应的增量式编码器输入接口。
3）将机组中永磁同步电机的定子输出三相线接到永磁直驱风力发电机组变频柜的输入U，V，W端子上。
注意永磁同步电机的定子输出相序和永磁直驱风力发电机组变频柜的输入相序一致。
4）将永磁直驱风力发电机组变频柜输出的U１，V１，W１端子接入电网，注意接入电网时，将图１-５中的空气开关断开，禁止带电操作，同时注意电网相序和永磁直驱风力发电机组变频柜输出的相序和电网相序一致，因此实验前可以用相序表测一下电网相序。
5）完成后，在系统上电前，请仔细检查并确保前面各部分间的连接正确。
6）依次合上永磁直驱风力发电机组变频柜和永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的“总电源”、“控制器电源”、“三相电源”开关，按下永磁直驱风力发电机组变频柜的“电源启动”按钮，此时交流接触器合上，算热风扇开始工作，触摸屏亮起。
7）按下触摸屏中网侧的“启动”按钮，此时“网侧运行”指示灯亮，在触摸屏中依次给定直流母线电压参考电压“600V”和无功电流参考“0A”指令，此时直流侧母线电压上升，观察触摸屏上的直流母线电压上升到600V后，说明网侧接线正确。
接着，在触摸屏中，按下机侧启动按钮，此时“机侧运行”指示动亮，输入有功电流（1A）和无功电流（0A）指令，并将永磁直驱风力发电模拟系统控制柜启动控制为恒速，在触摸屏上观察到实际有功电流为1A，此时表明机侧接线正常。
8）停止系统运行时，依次先按下触摸屏中机侧变流器“stop”建，此时“机侧运行”指示灯熄灭，再将永磁直驱风力发电模拟系统控制柜的停机建按下，此时风机停止运行，接着将按下触摸屏中网侧变流器“stop”键，“网侧运行”指示灯熄灭，最后按下“电源停止”键，触摸屏熄灭。
中间如出现故障，按下“急停按钮”，关闭各种电源。
四、实验报告简述永磁同步风力发电系统的结构、组成及基本工作原理。
实验二、永磁同步风力发电机并网过程实验一、 实验目的1. 了解永磁同步风力发电机并网控制原理；2. 掌握永磁同步风力发电机并网所需要满足的条件。
二、 实验原理1. 永磁同步发电机的工作原理永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。
永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。
永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。
永磁同步电机的转子磁极是用永久磁钢制成的，通过对磁极极面形状的设计使其在定、转子之间的气隙中产生呈正弦分布的转子磁场。
该磁场的轴线与转子磁极的轴线重合，并随转子以同步速度旋转。
因此矢量控制中的同步旋转轴系与转子旋转轴系重合。
永磁同步电动机的定子磁场是由定子绕组中通以对称的交流电建立的，定子磁场在定、转子气隙中也呈正弦分布并以同步速度旋转。
因此，当负载一定时，定、转子旋转磁场之间的差角一功率角是恒定的，通过折算并保持功率角为90度。
这样，永磁同步发动机就和直流电动机基本相同了，可以实现解制，即转子磁场定向的矢量控制。
建立永磁同步发电机的数学模型,需先做以下假设：（1） 忽略铁心磁饱和；（2） 忽略发电机的齿槽效应；（3） 转子磁链在气隙中呈正弦分布；（4） 转子上没有阻尼绕组，不计涡流及磁滞损耗；（5） 定子各相绕组参数一样，即各相绕组的电枢电阻值、电感值等。
永磁同步发电机的三相定、转子空间分布如图1所示，三相绕组在空间对称分布，沿着逆时针方向各绕组轴线互差120度电角度，转子按逆时针方向旋转，在上述规定下，定子绕组将产生三相正序电压。
A图2-1. 永磁同步电机定、转子空间分布图 根据转子磁场定向得到的同步旋转坐标系下的永磁同步电机的定子电压方程为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+---=++-=sq q f q sd q d e sq q a sq sd d sq d q e sd d a sd u L L i L L i L R dtdi u L i L L i L R dt di 1)1(1ψωω (2-1) 式中：e ω是电角频率；f ψ是永磁体的磁链；L d 、Lq 分别是发电机的d 轴和q 轴电感；i sd 、i sq 分别为永磁同步发电机定子输出电流的d 轴和q 轴分量；u sd 、u sq 分别是永磁同步发电机定子输出电流、电压的d 轴和q 轴分量。
假设发电机d 轴和q 轴电感相等，即L d =L q =L 则上式可变形为：⎪⎩⎪⎨⎧+---=++-=sq f sd e sq a sq sd sq e sd a sd u L L i i L R dtdi u L i i L R dt di 1)1(1ψωω (2-2) 永磁同步发电机在dq 同步旋转坐标系下的等值电路如图2所示。
R L u qR L u d(a) q 轴等效电路 (b) d 轴等效电路图2-2. 永磁同步电机等效电路图永磁同步发电机电磁转矩的表达式为： ])[(23f sq sq sd q d p e i i i L L n T ψ+-= (2-3) 风力发电用永磁同步发电机的永磁体多采用径向表面式分布，即Ld=Lq 。
此时发电机的电磁转矩可简化为：sq f p e i n T ψ23= (2-4) 其中，n p 为发电机的极对数，由式4可以看出，发电机的电磁转矩与定子q 轴电流成正比，因此可以调节i sq 即可调节永磁同步发电机的电磁转矩，进而调节发电机和风力机的转速。
2. 并网控制原理直驱 PMSG 风力发电机组中，永磁同步发电机不直接和电网连接，因此电网与永磁同步风电机组之间的交互主要通过电网侧变换器的控制来完成，如图2-3。
电网侧变换器的主要任务有两个：一是按照电网的要求，在不超过电网侧变换器容量的前提下输出一定的无功功率，实现网侧功率因数调整；二是负责将永磁同步发电机输出的有功功率及时的传送至电网，这通常是通过控制直流侧电压稳定来保证的，而直流侧电压的稳定是电网侧变换器和电机侧变换器互不干扰、独立控制的前提条件。
为此，需要对电网侧变换器的模型及基本控制方法进行分析。
三相整流电压源逆变器图2-3. 永磁同步发电机工作示意图并网主要是对网侧的电压源逆变器进行控制，电网侧变换器有多种控制策略，包括基于电网电压定向的矢量控制、基于虚拟电网磁链定向的矢量控制以及直接功率控制等。
目前，基于电网电压定向的矢量控制应用最为广泛，商品化的变频器绝大多数采用这种控制方法或其改进策略。
电网侧变换器按照电网电压定向方式来控制：即电网电压矢量定向在d 轴上，则电网电压在q 轴上的投影为零。
以电网电压空间矢量方向为d 轴方向，与之垂直的方向超前90°为q 轴方向，则有：⎪⎩⎪⎨⎧===0gq g g gd u U U u (2-5) 因此，可以得到：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-+=---=+--=L gq q gd d dc gd g gq g gq g cq gq g gd g gd g gd cd i i S i S dt du C i L dt di L i R u i L dt di L i R u u ωω (2-6) dq 同步旋转坐标系下，电网侧变换器输入的有功功率和无功功率分别为：⎩⎨⎧-=+=gdgq gq gd g gq gq gd gd g i u i u Q i u i u P (2-7) 在电压矢量定向控制方式下，可简化为：⎩⎨⎧==gd gd ggd gd g i u Q i u P (2-8) 上式中，P g 小于0表示电网侧变换器工作于逆变状态，有功功率从直流侧流入三相交流电网；P g 大于0表示电网侧变换器工作于整流状态，有功功率从三相交流电网流入直流侧。
Q g 小于0表示电网侧变换器从三相交流电网吸收超前的无功电流；Q g 大于0表示电网侧变换器从三相交流电网吸收滞后的无功电流。
因此，可以将d 轴、q 轴分别视为有功通道和无功通道，通过控制电流d 、q 轴分量i gd 和i gq 就可以独立的调节电网侧变换器输出的有功功率和无功功率。
根据式(2-8)，用直流侧电压环的输出作为d 轴电流分量(有功电流)的给定值，它反映了电网侧变换器输入至电网的有功功率大小。
通过控制q 轴电流分量(无功电流)控制电网侧变换器发出的无功功率。
因此，对电网侧变换器的控制可采用双闭环结构：外环为直流侧电压控制环，主要作用是稳定直流侧电压，其输出为电网侧变换器的d 轴电流给定量i gd *；内环为电流环，主要作用是跟踪电压外环输出的有功电流指令i gd *以及设定的无功电流指令i gq *以实现快速的电流控制。
由式(2-6)可知，d 、q 轴电流除了受控制电压u cd 和u cq 的影响外，还受交叉耦合电压gq g i L ω、gd g i L ω-以及电网电压u gd 的影响。
交叉耦合电压的存在以及电网电压的扰动都不利于d 、q 轴电流的解耦控制。