直驱永磁风力发电系统控制技术研究

1. 引言

我国风电装机容量近年来呈现迅猛增长态势，风电机组主要分为恒速恒频（CSCF）和变速恒频（VSCF）两大类。VSCF机组能根据风速变化调整发电机转速，具备吸收阵风能量、降低机械应力、提高风能利用率的优点，是CSCF机组的升级版，因此VSCF技术成为全球风电领域研究的热点。

2. 风力机建模及其特性模拟

风力机按轴方向可分为水平轴和垂直轴，商业运行多采用水平轴。风力机建模主要有叶素理论和流体能量转换理论两种方法，分别模拟静态和动态特性。皖南电机价格表风速模型是模拟系统的关键，常用模型有四分量风速模型、基于Weibull分布的模型等。风力机模拟系统中原动机通常采用直流或异步电机，控制策略包括PWM技术和矢量控制技术。

3. D-PMSG的拓扑结构

D-PMSG采用全功率变换器，分为低压和中压系统。背靠背的双PWM变换器拓扑结构，通过控制电机转速实现MPPT，提高系统性能。变换器并联运行可增加系统电流容量，但存在传输损耗等问题。多电平变换器拓扑结构主要有NPC和级联H桥型，可提高输出电压的谐波质量。

4. D-PMSG变换器控制策略

4.1 *大输出功率调节

在风速低于额定风速时，通过MPPT提高风力机运行效率；风速等于或大于额定风速时，通过调节桨距角保持额定输出功率。MPPT方法有叶尖速比控制、功率信号反馈和爬山搜索法等。为提高MPPT效率，可结合智能控制技术，如小信号扰动法、灰色理论等。

4.2 机侧变换器控制策略

机侧变换器拓扑结构可采用二极管不控型器件和全控型器件两种方式。对于不控整流型拓扑，采用Boost升压斩波器实现功率因数校正和调速范围；对于全控型器件拓扑，主要研究系统建模和永磁同步电机控制策略，如ISD=0控制、单位功率因数控制等。

4.3 网侧变换器控制策略

网侧变换器控制策略与PWM整流器类似，主要有间接电流控制和直接电流控制，如矢量控制、状态反馈控制、预测电流控制等。LCL滤波器在大功率风电机组中的应用可提高滤波性能。皖南电机采用变换器并联运行方式可增大机组单机容量，但需注意零序环流问题。

5. D-PMSG的LVRT控制策略

5.1 我国LVRT标准

我国对风电场的LVRT能力要求偏低，同时缺少对无功功率补偿、调峰调频能力、保护配置等方面的规定。

5.2 PMSG的LVRT控制方案

D-PMSG在电网故障时，通过限制发电机的电磁转矩实现低电压穿越。此外，还可通过网侧变换器提供无功功率，支持电网恢复正常。

6. 风电场并网运行技术研究

风电场并网运行对电网电能质量和稳定性产生影响，如电压偏差、频率偏差等。为提高电网电能质量和稳定性，可采用无功补偿装置、储能系统、柔性交流输电系统等。安徽皖南电机风电场功率预测对电力系统运行具有重要意义，可采用时间序列、人工神经网络、卡尔曼滤波等算法进行预测。

7. 结束语

本文详细介绍了与直驱永磁风力发电系统相关的控制技术，为该技术的推广应用提供了理论支持。