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1.5 课题研究意义5
2 风力发电系统的基本原理6
2.1 风力发电机的结构与组成6
2.1.1 风力发电机的分类6
2.1.2 风力发电机的结构6
2.2 风力发电的基本原理8
2.2.1 贝茨理论8
2.2.2 风力发电机的特性系数10
2.3 本章小结11
3 最大功率点跟踪算法的基本原理12
3.1 最大功率点跟踪算法12
3.1.1 风力发电系统的运行区域12
3.1.2 最大风能捕获原理13
3.2 常见的最大功率跟踪方法15
3.3 本章小结18
4 基于最优叶尖速比法的风力发电系统算法分析19
4.1 风速模型的建立19
4.2 风力发电系统的模型19
4.2.1 风力机的建模19
4.2.2 发电机建模20
4.2.3 永磁同步电机d-q 坐标系数学模型.24
4.3 永磁同步发电机的矢量控制.25
4.4 SVPWM 技术原理 254.4.1 SVPWM 调制技术原理 25
4.4.2 SVPWM 算法实现 28
4.5 本章小结33
5 仿真与结论34
5.1 MATLAB/Simulink 简介 34
5.2 风力发电系统的 Simulink 仿真. 34
5.2.1 风速与风机模型的建立与仿真34
5.2.2 发电机模型建立与仿真36
5.2.3 SVPWM 控制系统模型建立与仿真 37
5.3 仿真结果分析40
结论42
致谢43
参考文献441 绪论
1.1 引言
当今人类生存与发展面临着诸多问题，而能源与环境是其中的关键。人类长
期开采使用的煤、石油、天然气等常规能源，不仅储量有限，而且在对他们的开
采与利用过程中会造成严重的环境污染。随着世界工业化进程地飞速发展，能源
消耗也在不断增加，全世界的工业污染物的排放与日俱增，而因此造成的造成的
气候异常、自然灾害频发、疾病肆意等灾难频繁发生。由能源危机导致的人类社
会生活问题以及与日俱增的环境问题， 让人们意识到发展清洁的可再生能源是保
护生态环境，实现可持续发展的客观需要。因此，发展可再生能源，特别是对风
能的开发和利用，已受到世界各国的普遍关注和重视。
1.2 研究的目的和意义
随着世界各国对新能源的重视地不断加强，风能因为其洁净无污染，储量巨
大及开采使用便利等因素成为其中的翘楚。 风是由于太阳光对地球表面的照射不
均使得各地的温度不同，而这种温差引起了大气对流运动，进而形成风。虽然照
到地球上的光能转换成为风能的比例只有2%，但其总量仍然十分巨大的。通过
理论计算，全球风能总的能量约为1017
kW，其中可被开发利用的风能约为
3.5x1012
kW，是地球上可开发利用的水能总量的10倍。而且风是取之不尽，用之
不竭的，不用担心资源枯竭的问题；同时，风能转换过程中，基本不消耗化石燃
料，不会对环境造成严重的威胁。尽管风电设备及其原材料在生产安装过程中会
消耗一定的资源，从而对环境造成一定的污染，但其排放量与风力机发出的电力
相比是微乎其微的。
1.3 世界风力发电发展概况
1.3.1 世界风力发电装机容量与现状
早在上世纪20 年代初，人们就已经开始尝试利用风力进行发电了，而到了80 年代，其技术便已成熟，并且自 90 年代以来风力发电进入了快速发展阶段。
在20 世纪 80 年代，世界风电装机容量的增长主要来自美国，而上世纪八十
年代末，美国开始停止对风电发展的优惠政策，而上世纪年九十年代初，一些欧
洲国家已经开始通过一系列政策支持可再生能源的发展， 因而欧洲引来了一次风
力发电的快速增长时期。另外，在一些发展中国家，如印度，风电发展也非常迅
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