永磁同步发电机与Boost斩波型变换器非线性速度控制

耿 强 夏长亮, 王志强 史婷娜

（1. 天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室 天津 300387 2. 天津大学电气与自动化工程学院 天津 300072）

1 引言

近年来随着风力发电技术的快速发展，风能在能源中所占的比重也迅速上升。1996年～2006年的十年间，全球风电装机容量年平均增速为 28.6%，截止到 2007年末，全球风电装机总容量已接近94000MW[1]。直驱式永磁风力发电系统具有噪声小、可靠性高和维护成本低等优点；同时，系统采用全功率变换器与电网连接，低电压穿越能力较强，由于上述特点使其在近年来受到了广泛关注[2]。

直驱式永磁风力发电系统中一种常见的拓扑结构如图 1所示[3]，其电机侧变换器由二极管整流桥和 Boost斩波电路组成，为叙述方便，文中将此结构称为Boost斩波型变换器。

图1 Boost斩波型直驱式永磁风电系统拓扑结构图Fig.1 Topology of the direct driven PMSG-based wind energy conversion system with boost-chopper converter

图1中，uA、uB、uC分别为发电机定子端电压；uo为二极管整流桥输出电压；iL为电感电流；udc为直流侧电压；L为Boost电路升压电感；S1为Boost电路功率器件；C为直流侧电容。

与三相桥式全控变换器相比，Boost斩波型变换器成本较低，结构较为简单，系统可靠性较高，并能在一定风速范围内实现最大风能捕获，很多学者已经对此类变换器进行了研究[4-6]。

永磁同步发电机、二极管整流桥和 Boost斩波电路均具有较强的非线性，目前的控制策略多为普通的比例积分（Proportional-Integral，PI）控制[4-7]。普通PI控制器具有设计简单和适用性好等特点，但其是基于目标误差的控制器，仅考虑了系统在某一运行状态附近的稳态模型，忽略了其瞬态特性，因而具有动态响应较慢的缺点；……