永磁直驱风力发电机组控制策略研究综述

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1、永磁直驱风力发电机组控制策略研究综述[摘要]随着社会和经济的持续发展，人们对能源的需求不断增长导致传统的化石燃料越来越紧缺，而风能作为一种清洁的可再生能源，受到了很多国家的青睐。永磁直驱风力发电机组能量转换效率高、可靠性强以及控制灵活，已经成为当今风力发电技术的研究热点。目前我国的大功率直驱风力发电并网变流器很大部分还依赖于进口，尤其是对变流器的控制还不成熟，因而对其研究也至关重要。[关键词]永磁直驱，风力发电机，控制策略中图分类号：TM315文献标识码：B文章编号：1009-914X（2014）42-0179

2、-01[Abstract]Withthesustainabledevelopmentofthesocietyandeconomy，thedemandfortheenergyisgrowingrapidlywhichresultinanincreasingshortageofthetraditionalfossilfuels.Windenergy，asacleanrenewableenergy，hasbeenpopularinmanycountries.Permanentmagnetdirect-drivenwi

3、ndturbineasbecometheresearchhotspotbecauseofhighconversionefficiency，reliabilityandflexiblecontrol.Wearestilldependsonimportforthepowerconverter，especiallyforthecontrolofit6whichmakesitmoreimportanttostudy.[Keywords]direct-drivepermanentgenerator，windturbine

4、，controlstrategy一、前言风能作为一种清洁的可再生能源而备受青睐。据统计自1990年以来，风力发电技术得到了飞速发展。全球风力发电累计装机容量平均每年增长超过20%。至2020年，全球风力发电装机容量将达到l200GW，风力发电量将占发电总量的l2%。目前风力发电已经从独立发电系统到可以并网系统，大规模风力发电系统的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。永磁电机由于具有效率高、免维护等优点，加上与全功率变流器组合后对电网优越的动态调节特性，近10年来被越来越多地应用于大功率、并网型风力发电机组。文

5、献[1]介绍了永磁直驱风电机组的优点：PMSG系统无需齿轮箱、机械损耗小、维护简单，输出的有功、无功功率可调，在低风速情况下仍可高效发电，并且在电压跌落时，可以只在网侧逆变器和直流侧采取应对措施，而不会影响到电机侧整流器以及电机系统的正常运行。文献[2]表明了直驱式风电机组的缺点：系统需要全功率变流器，即变流器的容量为系统额定容量，这就限制了直驱式风电系统的发展。二、国内外研究现状61.永磁直驱风电机组控制策略的重要性永磁发电机难以调节磁场来控制其电压和功率因数。采用整流和逆变实现并网。目前变流器采用可控整流，

6、改变载荷电流时空关系和转速来调整机组需要的电压及功率因数。系统采用风轮机直接驱动多极低速永磁同步发电机，通过功率变换电路将电能转换后并入电网，系统效率大为提高，有效地抵制了噪声，直驱式风力发电机的控制策略及运行特性逐步成为研究的热点问题。2.永磁风电机组的控制模式文献[3]总结永磁直驱风力发电系统变流器主要有两种形式，一种是主动整流，即网侧变流器和机侧变流器均可控。另一种则是机侧变流器部分采用不可控整流，称为被动整流。随着电力电子技术的发展，电力电子变换装置的结构已经逐渐由不可控整流加Boost升压变流器再接并

7、网逆变器结构转变为双PWM变流器结构，永磁同步发电机经双PWM全功率变流器与电网相连，通过调节和控制d轴和q轴电流，实现有功和无功的解耦控制，控制发电机流向电网的有功功率和无功功率。6永磁同步发电机的电流控制策略常用的有id=0控制策略、单位功率因数控制策略、最大转矩电路比控制策略、最小损耗控制策略、弱磁控制策略等。文献[4]根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略，分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理，建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变

8、流器等各部分的数学模型，建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。3.故障下永磁直驱风电机组的控制策略随着风力发电场规模不断扩大，风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。为了使风力发电机组在电网电压瞬间跌落时仍能保持并网，要求风力发电机组具有一定的低电压运行能力[5]。文献[6]分析了直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性，对电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三