永磁风力发电机无位置传感器PFC整流控制

马颖涛 孙旭东 柴建云 翟庆志

（1. 清华大学电机系电力系统国家重点实验室 北京 100084 2. 中国农业大学信息与电气工程学院 北京 100083）

1 引言

在各种结构的风力发电系统中，采用永磁同步发电机（PMSG）的方案以其效率较高、无需励磁电路等优点，有着重要的地位[1,2]。特别是在小型风力发电系统中，PMSG由于这些优点而得到了更多的应用[2]。采用PMSG的风力发电系统，需要通过全功率电力电子变流器，将发电机输出的变压变频的交流电变换为一定电压的直流电，再逆变成恒频恒压的交流电，满足并网或者离网用户的要求。其中常见的电机侧整流方案有两类：“脉宽调制（PWM）整流器”和“不控整流＋斩波器升压”。PWM 整流器既可以使直流电压稳定，又能控制交流电流波形，但其电路结构和控制都较复杂，成本较高。“不控整流＋斩波器升压”方案因其较为简单的电路结构和较低的成本，在小型风力发电系统中得到了更广泛的应用[3-5]。但不控整流使电机电流的谐波含量较大，损耗增大，电机的工作状况恶化。

为克服该不足，本文采用一种基于功率因数校正（PFC）的整流控制方案[6,7]。PFC电路利用PMSG电枢电感和漏感作为储能电感，对发电机电流波形进行主动控制，在稳定直流电压的同时，使定子绕组电流正弦，且与感应电动势相位一致，电机的运行状况得以改善。PFC控制需要用到定子绕组感应电动势的相位，即转子位置信息，常见的做法是在电机轴上安装位置传感器。但直驱PMSG的极对数通常较多，通过位置传感器直接检测到转子位置准确的电角度信息十分困难，且采用传感器会降低系统的可靠性和增加其成本。……