直驱风力发电系统机侧控制策略的研究

摘要：以直驱风力发电系统为研究对象，选用背靠背双PWM的拓扑结构，针对永磁同步风力发电机机侧的控制策略进行分析。在建立永磁同步风力发电机数学模型的基础上，基于isd=0的转子磁场定向控制，设计了电流内环转速外环的双闭环控制器，并对控制原理在Matlab／Si mulink上进行仿真实验，验证了该控制策略的正确性。
关键词：直驱风力发电；PWM变流器；矢量控制；仿真分析

永磁直驱风电系统，发电机的转子与风力机直接耦合，省去了齿轮箱，改善了机组的性能，提高了稳定性。永磁直驱风电系统不需要电励磁，提高了机组的发电效率。本文以直驱风力发电系统为研究对象，选取背靠背双PWM的拓扑结构。风力机定桨距下，风速不变时，输出功率随着转速变化，要跟踪最大输功率Pmax必须根据风速实时凋节转速ω以保持叶尖速比为λopt。因此最大风能捕获过程可理解成是转速的调节过程，即转速的调节性能决定最大风能捕获的效果，因此本文在建立永磁同步风力发电机数学模型的基础上，基于isd=0的转子磁场定向控制，机侧选取电流内环、转速外环的双闭环控制策略，实现电机的解耦，进而实现最大风能捕获。最后，根据控制原理，在Matlab／Simul ink中搭建了永磁风力发电系统机侧的仿真模型，并对其进行了仿真分析，仿真结果验证该控制策略的正确性，能达到预期的控制目1 永磁同步风电机的数学模型机侧主电路的拓扑结构如图1所示，为简化分析，作如下假设：永磁材料电导率为零，忽略漏感的影响，不考虑磁饱和的现象，定子各相电枢绕组电阻值、电感值相等，气隙分布均匀，转子磁链在气隙中正弦分布。由此得到其等效电路，根据等效电路通过坐标变换得到PMSG在两相同步旋转坐标系下的数学模型。