风电系统变流器控制策略研究

李春亚，陈光伟

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

0 引言

随着风力发电技术的发展，直驱风电机组由于发电成本低、效率高等优点成为风电系统新的发展方向。作为风电系统并网的唯一通道，变流器控制技术对于风电系统至关重要。随着电力电子技术的发展，变流系统已由不可控整流+Boost升压电路+PWM逆变结构逐渐被双PWM结构所替代[1]。机侧变流器通过调节定子d、q轴电流，在额定风速以下实现最大风能的追踪，控制发电机输出电磁转矩和有、无功功率的大小，提高风能利用率。网侧通过对d、q轴电流调节，实现直流母线电压的稳定和有、无功功率的解耦控制。本文对额定功率2 MW的永磁直驱风电机组变流器控制系统进行研究，通过仿真实验验证控制策略的可行性。

1 永磁直驱风电系统数学模型

永磁直驱风电系统主要由风力机、永磁同步发电机及双PWM变流器几部分组成。本文重点研究风速低于额定风速的阶段，即实现最大风能的追踪[2]。

1.1 风力机数学模型

风力机输出功率P(W)与风速v(m/s)的关系表示为：

(1)

1.2 永磁同步发电机数学模型

机侧变流器采用基于转子磁场定向的矢量控制技术[3]。在同步旋转dq坐标系下永磁同步发电机定子的电压方程为：

(2)

其中：ud、uq和id、iq分别为定子端电压和电流的d、q轴分量；Rs、Ls分别为定子绕组电阻、电感；ωr为发电机同步电角速度；Ψf为转子永磁磁链。

永磁同步发电机输出电磁转矩为：

(3)

其中：p为电机极对数。

2 双PWM变流器控制策略

2.1 机侧变流器控制策略分析

通过式(3)可知，电磁转矩Te与iq成正比，通过控制电流iq即可实现对电磁转矩的控制，进一步控制电机转速ωm，实现最大功率的跟踪控制。……