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随着技术进步,风力发电的成本不断降低,风电具备了大规模推广应用的商业价值。为了进一步降低风力发电系统的成本,风力发电系统的控制与优化成为了风力发电应用领域的热点课题。在此背景下,本文对小型垂直轴风力发电系统进行了较为深入的研究,以最大限度的利用风能,提高垂直轴风力机、永磁同步发电机及最大功率跟踪控制器的性能为主要目标,设计了小型垂直轴风力发电系统的总体方案,其中重点是发电机和最大功率跟踪控制器的设计与实现。论文主要工作如下:1、针对目前垂直轴风力发电系统中,发电机启动力矩较大,效率较低的缺点,提出低转速、低启动力矩及高效率永磁同步发电机的设计方案。在分析永磁同步发电机磁路原理的基础上,对永磁同步发电机的转子、定子、绕组及磁钢等部件的结构进行设计,并计算永磁同步发电机的磁路与结构参数。通过RMxprt软件对永磁同步发电机的参数进行优化分析,利用Autocad软件绘制永磁同步发电机的加工图纸并试制出试验样机。2、根据小型垂直轴风力发电系统的工作原理,建立小型垂直轴风力机、永磁同步发电机、不可控整流电路、Boost升压转换电路的数学模型。对应用在风力发电系统中的几种常见最大功率跟踪控制策略进行比较分析,针对如何提高小型垂直轴风力发电系统最大功率跟踪控制算法跟踪速度的问题,提出改进式最大功率跟踪控制策略,结合本系统设计的主电路对改进策略进行仿真实验。3、对小型垂直轴风力发电系统最大功率跟踪控制器的主变换电路、系统辅助电路、系统软件等进行设计,研制出小型垂直轴风力发电系统样机。4、通过搭建电机拖动实验系统,对1kW永磁同步发电机样机的耐压性能、启动性能以及在不同负载下的发电效率等性能指标进行测试。搭建了小型垂直轴风力发电系统最大功率跟踪控制器的硬件电路,并进行了实验调试。本文实现了研制目标,实验结果表明该系统能够有效降低垂直轴风力发电机的启动力矩,提高垂直轴风力发电机的风能转换效率,并实现了本文提出的控制方案所应完成的各项功能及性能指标,且控制方案简单可行。本课题来源于广东省绿色能源技术重点实验室项目:广东省科技计划项目(2010A010200004),广东省教育部产学研结合项(2009B090300424)。