永磁直驱风力发电系统控制策略仿真研究

龙万利，黄筱叶

（湖南平高开关有限公司，长沙 410008）

0 引言

目前国内外风力发电系统主要采用永磁直驱型和双馈型发电机.与双馈风力发电机相比，永磁同步发电机（PMSG）直接与风力机连接，省去了齿轮箱，具有结构简单、易维护、噪声小、能源转换效率高、故障穿越能力强、系统稳定性好等优点［1］.风力发电系统是一个复杂的能量转换系统，有效的控制是系统安全可靠运行的关键.本文建立永磁直驱风力发电系统仿真模型，对永磁直驱风力发电系统最大功率跟踪控制、机侧变流器、网侧变流器控制策略的有效性进行仿真分析.

1 永磁直驱风力发电系统控制

采用双PWM变流器的永磁直驱风力发电系统结构如图1所示，包括机侧AC/DC变流器和网侧DC/AC变流器.

1.1 机侧变流器控制

风力机输出机械功率为［2］：

式中，Pm为风力机输出的机械功率；Cp为风能利用系数；ρ为空气密度；S为横扫风轮的面积；V为风速；β为叶片桨距角；λ为叶尖速比.

永磁同步发电机（PMSG）在dq坐标系下电压方程为［3］：

式中，usd、usq、isd、isq分别为发电机定子电压、电流的d、q轴分量；Rs为定子电阻；ωr为发电机转子转速；Ld和Lq为发电机轴d、q电感.

对式（2）进行解耦，得机侧变流器的控制方程为：

由此，可得到机侧变流器矢量控制算法如图2所示.采用功率外环、电流内环双闭环控制方案.q轴采用最大风能跟踪对应的最大功率作为外环功率参考值，与发电机实际有功功率比较，得到一个偏差，经比例积分控制器得到有功电流参考值，进而控制电磁转矩……