变速直驱永磁风力发电机控制系统的研究

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1、万方数据变速直驱永磁风力发电机控制系统的研究511引言昊迪，张建文(上海交通大学，上海200030)[摘要]在直驱永磁风力发电系统中，永磁发电机的输出电压的幅值和频率随风速的波动而变化，不可直接并网。根据风力机运行特性和最佳风能利用原理，本文设计了由不可控AC／DC整流器和可控DCJAC逆变器组成的控制系统，通过控制逆变器的输出电压或电流实时跟踪给定值，来控制永磁发电机电磁转矩，实现最大风能的获取和无功功率可调。本文在理论上分析了方案的可行性，并搭建了基于DSPTMS320LF2407的实验室硬件平台

2、。[关键词]风力发电；变速风力机；永磁同步发电机；最大风能获取；DSP；IPM[中图分类号]TM614[文献标识码]A[文章编号]1000—3983(2006)06-0051．05ControlSystemofVariable·-speedPermanent·-magnetGeneratorDirectlyDrivenbyWindTurbine、vUDi，ZHANGJian—wen(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghm200030，China)Abstract：Thee

3、lectricpowerfromthepermanentmagnetgeneratorsdirectdrivenbywindturbinecannotbeutifizedbyconnectingthegeneratortothegriddirectlysincethevoltageandthefrequencyofthegeneratorwillchangewhenthewindspeedchanges．BasedOiltheperformancecharacteristicoftheturbines

4、haftandprincipleofoptimumutilizationofwind-energy,thispaperdiscussesacontrolsystemcomposedofanuncontrollableAC／DCconverterandacontrollableDC／ACinverter．Inordertoachievemaximumenergycaptureandcontrollablereactivepower,theopposingreactiontorqueofthegenera

5、toriscontrolledbyadjustingtheACvoltageorcurrentoftheinvertertotrackthereferencesignal。ThispaperalsoanalyzesthefeasibilityofthecomrolmethodintheoryanddesignsthetypicalexperimentalsystembasedonDSP玎ⅥS320LF2407forpermanent-magnetgeneratordirectdrivenbywindt

6、urbine．Keywords：windpowergeneration；variablespeedwindturbine；permanentmagnetsynchronousgenerator；maximumenergycapture；DSP；IPM目前存在的风力发电机组有恒速恒频和变速恒频两种类型。文献[1】中详细介绍了恒速恒频与变速恒频风力发电机组，并对两种类型的机组性能进行了比较。恒速恒频风力发电机组无法有效地利用不同风速时的风能，而变速恒频风力发电机组可以在很大的风速范围内工作，更有效地利用风

7、能。文献【2】中介绍几种变速恒频风力发电系统控制方案，并进行了对比。其中技术比较成熟，并且在国外已经投入使用的是双馈风力发电机组。但是低风速下的风轮机转速也很低，直接用风轮机带动双馈电机转子将满足不了双馈发电机对转子转速的要求，必须引入齿轮箱升速后，再同双馈发电机转子连接进行风力发电。然而齿轮箱随着发电机组功率等级的升高，成本变的很高，且易出现故障，需要经常维护，可靠行差；当低负荷运行时，效率低；同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个主要因素。在大力开展风能利用的今天，风力发电机组的发电量正在不

8、断增加，对风力发电机组可靠性和效率要求也在不断提高，齿轮箱的存在严重限制了风力发电的发展。直驱永磁风力发电系统就是在这种情况下出现的。应用于风力发电的永磁同步发电机采取特殊的设计方案，其较多的极对数使得在转子转速较低时，发电机仍然可以工作，因而在直驱永磁同万方数据52大电机技术2006．№6步风力发电系统当中使风轮机与永磁同步发电机转子直接耦合，省去齿轮箱，提高了效率，减少了发电机的维护工作，并且降低了噪音。另外直驱永磁风力发电系统不需要电励磁装置，具有