直驅風力發電系統機側控制策略的研究

摘要：以直驅風力發電系統為研究對象，選用背靠背雙PWM的拓撲結構，針對永磁同步風力發電機機側的控制策略進行分析。在建立永磁同步風力發電機數學模型的基礎上，基于isd=0的轉子磁場定向控制，設計了電流內環轉速外環的雙閉環控制器，并對控制原理在Matlab／Si mulink上進行仿真實驗，驗證了該控制策略的正確性。
關鍵詞：直驅風力發電；PWM變流器；矢量控制；仿真分析

永磁直驅風電系統，發電機的轉子與風力機直接耦合，省去了齒輪箱，改善了機組的性能，提高了穩定性。永磁直驅風電系統不需要電勵磁，提高了機組的發電效率。本文以直驅風力發電系統為研究對象，選取背靠背雙PWM的拓撲結構。風力機定槳距下，風速不變時，輸出功率隨著轉速變化，要跟蹤最大輸功率Pmax必須根據風速實時凋節轉速ω以保持葉尖速比為λopt。因此最大風能捕獲過程可理解成是轉速的調節過程，即轉速的調節性能決定最大風能捕獲的效果，因此本文在建立永磁同步風力發電機數學模型的基礎上，基于isd=0的轉子磁場定向控制，機側選取電流內環、轉速外環的雙閉環控制策略，實現電機的解耦，進而實現最大風能捕獲。最后，根據控制原理，在Matlab／Simul ink中搭建了永磁風力發電系統機側的仿真模型，并對其進行了仿真分析，仿真結果驗證該控制策略的正確性，能達到預期的控制目1 永磁同步風電機的數學模型機側主電路的拓撲結構如圖1所示，為簡化分析，作如下假設：永磁材料電導率為零，忽略漏感的影響，不考慮磁飽和的現象，定子各相電樞繞組電阻值、電感值相等，氣隙分布均勻，轉子磁鏈在氣隙中正弦分布。由此得到其等效電路，根據等效電路通過坐標變換得到PMSG在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型。