题目：  直驱永磁同步发电机的控制器设计

一、选题背景（含题目来源、应用性和先进性及发展前景等）

1、题目来源

毕业设计指导教师所选，选择该题的背景如下：

基于常规能源枯竭和环境保护的考虑，目前世界各国都已经把开发新能源和利用可再生能源作为未来能源的发展方向。风能作为一种清洁的可再生能源目前我国已经出现了一批大规模的风电场装机容量逐年增加。直驱永磁同步发电机作为当下风力发电机的发展趋势，对直驱永磁同步发电机的控制器进行设计，对于提升风能的利用效率以及保证输出优良的电能质量具有重要的意义。

2、应用性

直驱永磁同步发电机主要针对传统型风机的弱点，全面进行了技术升级和改进，具有十分显著的技术优势，其最大的特点是风轮与发电机转子直联。比如：永磁直驱同步发电机没有齿轮箱，风轮直接驱动发电机，采用永磁体代替励磁线圈，减少了励磁损耗永磁电机无需从电网吸收无功功率来建立磁场，由于没有励磁装置，减少了很多电气设备，从而使机组具有可靠、高效、方便安装和维护等很多优点。因此，永磁直驱风力发电机组代表了未来风电行业的发展方向。

基于以上原因，直驱永磁同步电机的控制器作为风力发电系统的重要组成部分，性能优良的控制器具有良好的应用性。

3、先进性

本次设计简单说了双馈风力发电机的缺点，并总结了直驱永磁同步发电机控制器的发展历史和研究现状，对比各种控制器的性能特点，结合自身的知识储备和能力的情况，并针对风电系统中风速变化率高、运行环境恶劣等特点，初步构思并提出变速恒频控制策略，通过变转速运行来最大限度提高风能利用率，从而提高发电效率，减少弃风；同时保证向电网或者用户提供良好质量的电能。

4、发展前景

在新的清洁能源里，风能储量大，可利用率高，而且适合于大面积开发，我国的陆地和海洋风资源储量很大，可利用的风能位居世界第二。同时，我国的风力发电装机容量不断增加，单机容量继续扩大；但风力发电机的控制系统的研发还处于初级阶段，因此，急需填补技术上的空白。

风力发电系统作为全新的清洁能源在中国和世界各国得到迅速的发展，其控制器是风力发电机的重要组成部分。由于风能变化率高、风机运行环境恶劣，对控制器的响应速度、控制精度和可靠性都有很高的要求。随着风电产业的快速发展，控制器性能的好坏成为制约直驱永磁同步风电机发展的关键因素。基于对良好性能的控制器的需要，因此对永磁直驱风力发电控制器进行分析研究和设计工作十分必要。

基于以上分析可知，永磁直驱同步发电机及其控制器有很好的发展前景。

二、设计方案（含设计主要内容、方法手段）

1、主要内容

通过对国内外直驱永磁同步发电机控制器的研究和学习，研究各种控制策略，设计处一种变速恒频的控制器，实现最大风能跟踪，提高风能利用率，同时保证并网侧的电能质量优良。

2、方法手段

（1）对国内外直驱永磁同步发电机和其控制器的研究现状和发展趋势进行了解。

（2）深入研究各种直驱永磁同步发电机的控制器。明白各种控制器的工作原理及优缺点，设计变速恒频控制器。

（3）发电机的转速控制是主控制系统的最关键功能，因此重点对最大风能追踪的转速控制进行研究与设计。使用数学建模和原理推导相结合的方法进行研究设计。

（4）变频器是永磁直驱风力发电机组的重要组成部分，担负着并网，脱网，输出功率，控制电机转矩转速等功能。研究各种变频器的优缺点，通过分析和建模，设计一个交-直-交变频器，可以输出可用的交流电，减少对电力系统造成干扰。

（5）考虑整体性能，进行整个控制器的设计和参数整定。

三、目标、主要特色及工作进度

1、目标

考虑当下直驱永磁同步发电机的缺点，从理论入手，设计出一个采用变速恒频控制策略的控制器，通过变转速运行来最大限度提高风能利用率，从而提高发电效率，减少弃风。

2、主要特色

与以往的控制器不同，该控制器采用变速恒频的控制策略，并能实现最大风能跟踪控制，从而提高风能利用率，具有良好的控制性能和鲁棒性，以此满足直驱永磁同步发电机对控制器性能的要求。

3、工作进度

（1） 查阅文献资料，了解国内外研究现状，提取题目十分相关的内容并学习；并按照任务书完成开题报告。

（2） 根据文献资料，研究各种控制器，考虑到各种控制的优缺点，进行有效取长补短，初步设计出性能优良的直驱永磁同步电机的控制器的设计。

（3） 撰写设计报告初稿，进行排版，交给指导教师批阅指正。

（4） 进行查重和修改，完成PPT制作并进行答辩。

四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）

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指导教师：

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