摘要：随着全球经济的飞速发展，社会对能源的需求量越来越多，传统的火电、核电技术带来了一系列对资源的过度开发和对环境的破坏等问题。为了减少对大自然的伤害，人们开始了对新能源的探索和研究。由于风能具有取之不尽、用之不竭、分布范围广等特点，风力发电越来越受到世界各地人们的重视。

在此背景下，本文对小型垂直轴风力发电系统进行了部分研究和初步设计，主要的研究内容如下：

首先，分析了风机的一些相关概念，然后设计发电系统，经过对发电机的选型比较，将永磁同步发电机应用到本次的研究系统中。并对其结构进行设计，分析磁路。

其次，对小型垂直轴风力发电机的控制器进行设计，比较多种方法并选取爬山搜索法对系统最大功率点跟踪进行计算分析，得出一系列仿真结果。

最后，利用Matlab/simulink软件对小型垂直轴风力发电机的各个模块和整体结构进行仿真，得到最终的仿真结果。

关键字：风力发电系统；垂直轴；最大功率跟踪；MATLAB；永磁同步发电机

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪  论-1

1.1本课题研究的背景-1

1.2 国内外研究现状-1

1.2.1 国外研究现状-1

1.2.2 国内研究现状-1

1.3本课题研究的意义与价值-2

1.4本文主要研究内容-2

第二章 垂直轴风力机及其相关概念-3

2.1垂直轴风力机的分类-3

2.2垂直轴风力机的优点-6

2.3空气动力学基本知识-6

2.3.1翼型升力与阻力-6

2.3.2贝茨理论-7

2.4小型垂直轴风力发电系统的工作原理-8

第三章 小型垂直轴风力发电机的设计-10

3.1 发电机的选型-10

3.2永磁同步发电机的磁路计算-10

3.2.1定子的结构设计-10

3.2.2转子结构设计-11

3.2.3磁路分析-11

第四章 小型垂直轴风力发电机控制器的设计-13

4.1 垂直轴风力发电机控制器分析方法-13

4.1.1转子动力学-13

4.1.2机电模型-14

4.1.3硬件在环设置-15

4.1.4最大功率点跟踪-15

4.1.5模型预测控制-18

4.1.6大模型预测控制的代理控制-19

4.2 垂直轴风力发电机控制器分析结果-19

4.2.1机电仿真-20

4.2.2硬件在环仿真-21

4.2.3功率系数振荡的影响-22

第五章 小型垂直轴风力发电系统的仿真-24

5.1永磁同步发电机-24

5.2不可控整流电路和DC/DC升压转换电路-24

5.3风能利用系数模型-25

5.4垂直轴风力机系统-26

5.5仿真结果-26

第六章 总结与展望-28

6.1全文总结-28

6.2未来展望-28

参考文献-29

致  谢-31