变速永磁同步发电机系统及控制策略

沈建新 缪冬敏

（浙江大学电气工程学院 杭州 310027）

1 引言

永磁同步发电机（PMSG）具有效率高、功率密度大、拓扑结构灵活多样、不需电刷机构等诸多优点，因此在风力发电机[1-3]、燃气轮发电机[4]、航空航天用主发电机[5]、车用发电机或起动/发电一体机[6-8]、飞轮储能系统电动/发电一体机[9]等诸多场合的应用日益广泛，并覆盖了从兆瓦级到瓦级的很宽功率范围。

永磁同步发电机本身输出交流电。只有当原动机转速恒定时发电机的输出频率才维持稳定，但是输出电压仍会随负载而变化。为了减小电压调整率，在设计发电机时往往需要大幅度提高永磁磁负荷来减小绕组匝数与阻抗，因此磁负荷与电负荷可能不均匀，给发电机的功率密度及成本等带来负面影响。而且，原动机往往是变速运行的，甚至速度范围很宽（例如车用发电机的转速变化可达10倍以上[6]），则发电机的输出频率与电压大小均不稳定。因此，永磁同步发电机通常需要AC-AC或AC-DC-AC电力电子装置来实现交流稳压与恒频，也可实现交流并网。在实际系统中，又以AC-DC-AC结构为多。当然，永磁同步发电机也可通过 AC-DC装置来提供直流电源（例如车用发电机），必要时可再采用DC-DC装置实现高品质的直流稳压。

所以，大部分实际应用的永磁同步发电机都需要一套电力电子装置实现整流与稳压（即提供稳定的直流电源），由此构成一个基本的发电机系统。常见的整流与直流稳压包括以下方式：晶闸管可控整流[6]、二极管不控整流+DC-DC变换[10]，以及PWM整流[4,7]。……