永磁风电机组零电流矢量控制策略研究

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1、研究与开发永磁风电机组零电流矢量控制策略研究沈旭珍(华北电力大学，河北保定071003)摘要双PWM型永磁风电机组一般采用d=0的矢量控制策略。本文详细介绍了这种控制方法，在Matlab／Simulink平台搭建了并网永磁直驱风力发电系统模型。其中发电机组侧基于转子磁链定向，系统并网侧基于电网电压定向。对系统最大功率追踪时的运行特性进行了仿真试验。仿真结果验证了该控制策略的有效性和优缺点。关键词：永磁同步发电机(PMSG)；双PWM；矢量定向控制；最大功率追踪(MPPT)AnalysisofPermanentMagnetSynchro

2、nousGeneratorWindTurbinesBasedonZeroCurrentVectorControlstrategyShenXuzhen(NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding，Hebei071003)AbstractDualPWMtypePMSGsusuallytakeia=Oasvectorcontrolstrategy．Thispaperdescribesitandbuiltsthemodelofdirectly—drivenPMSG—WTsconnectingtotheg

3、ridbyMatlab／Simulink．Generatorsidekeepsthedaxisequaltotherotorpermanentfluxandsystemtothegridsidekeepsthedaxisequaltothegridvoltage．TheoperatingcharacteristicsunderMPPTaresimulated．Theresultsshowtheeffectivenessandlimitationsofit．Keyword：．PMSG：dua1PWM；vectororientedcont

4、rol；MPPT1引言2永磁直驱风力发电机组的数学模型变速恒频风力发电系统中，永磁直驱风力发电双PWM型永磁直驱风力发电系统由风力机、机组是目前主流机型之一。这种系统无需齿轮箱减永磁同步发电机、双PWM变流器和直流环节构成。少了长期维护费用，低压穿越能力也强于双馈风力变化的风速使发电机输出不断变化的电流，PWM整发电机组，更有利于大规模并网[1-2]。变流器采用电流器将其转化为电压恒定的直流电，经中问直流稳压源型双PWM，控制灵活简单可以提高发电机组侧压环节后由电网侧PWM逆变器馈入电网(图1)。运行性能，而被广泛应用。基于转子磁链定

5、向的永磁风力发电机组侧PWM矢量控制有多种形式：最大转矩电流比、，d=0、·单位功率数(UPF)、恒定气隙磁链和最小损耗控，00}1⋯。‘制等【3】。综合考虑变流器容量、系统控制难易干旱度、图l永磁直驱风力发电系统基本结构电机运行效率和退磁效应等多方面因素，=0足日2．1风力机的数学模型前实际工程应用最广泛的控制策略。风力机从空气中捕获的风能为本文发电机组侧采用d=0控制，系统并网侧采Pm=lpnR()(1)用电网电压定向控制，搭建了风力发电系统仿真模，型。对额定风速以最大功率跟踪时的运行特性进式中，P为空气密度；R为风力机转子半径：

6、为行了仿真研究，深入分析了这种控制策略。桨距角；叶尖速比=Ro．)w／；为风力机叶轮的16I电皇

7、i技，lt2011年第2期研究开发转速；为与桨距角和叶尖速比有关的功率系数。=桨距角和风速定的情况下，风力机只有运行于某‰+鲁一COgZgigq+一特定的转速下Cn值才最大，输出的功率也最大。=Sgqb／de‰+鲁+~ogLgig=。PQl将各风速对应的最大功率连线，获得图2风力机3—23rLr的最大功率特性曲线。cd／~／dc==+一(6)．．d蚕+至式中，““ii2q、分别为变流器d、q轴输堇．q重1J1嚣出电压的基波分量和网侧电流；

8、Sd、S。为d、q坐标售量系下的变流器开关量；。为直流电压；为电网角§频率；三R分别为网侧变流器与电网之间的连接置8电感及等值电阻；、e。为电网d、q轴电压；g为发电机侧变流器流入直流电容的直流电流。(5图2风力机的最大功率特性曲线＼，3系统运行控制策略2．2永磁同步发电机数学模型依照电动机惯例，在dq同步旋转坐标系下建立永3．1发电机组侧变流器控制磁同步电机数学模型】。定子电压和定子磁链方程为额定风速以下发电机侧变流器控制风力发电系统的转速实现最大功率追踪，控制电网与发电机之问一+流动的无功功率。忽略动态特性，采用转子磁链定向(2)

9、d．+．一十．f=0控制的永磁同步发电机电压和功牢方程为I“d一Lzq一Ir7、jdLisd+(3)‘＼，／I=+Iqj。+式l{J，ii。。、l,td和。d分别为定f-d、q轴电流和P：电压；R是定了电阻；足发电机电角