在风力发电技术不断进步的今天，皖南电机作为行业内的佼佼者，其产品在直驱式风力发电系统中扮演着重要角色。尽管双馈式风力发电系统仍占据市场主导地位，但直驱式发电机组凭借其卓越性能正逐渐受到广泛关注。这种发电系统通过风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电，并通过功率转换电路将电能接入电网，其设计省去了传统双馈系统中易损的齿轮箱，显著提升了系统效率，降低了噪音，增强了系统运行的可靠性，因此深受市场青睐。
2 直驱型风电机组变流器拓扑结构
在低压系统中，皖南电机所采用的直驱型风电机组变流器存在两种简化拓扑结构，如图1所示。
在主动整流拓扑中，三相电压型逆变器替代了不可控整流和升压斩波单元，从而控制发电机的负载转矩，实现对电机转速的调节。该拓扑采用双PWM全功率变流器，实现对发电机的高效控制，避免了传统结构的复杂性，降低了发电机的铜耗和铁耗，并能调节发电机功率因数为1，展现出良好的发展潜力。鉴于电机侧与电网侧变流器的控制策略各有侧重，本文提出将两者分开控制的方法（系统控制框图如图2所示），有效实现控制，确保系统动态性能优异。
3 电机侧变流器控制策略
本文通过控制发电机转速以实现风能的*大化跟踪，使发电机转速适应不断变化的风速，从风中获取更多能量。风速低于额定值时，系统通过转速控制确保机组在*大风功率追踪状态运行；风速超过额定值时，因机械强度、发电机容量和变频器容量等限制，需降低风轮捕获的能量，保持功率在额定值附近，此时桨距角控制发挥关键作用，确保机组功率稳定。
3.1 额定风速以下风力机*大功率跟踪算法（MPPT）
风机输出功率随转速变化。对任意风速，存在一个*佳转速使功率*大。因此，风机控制目标是使风机始终运行在功率*大点。当桨距角一定时，存在一个*佳叶尖速比λ使风能利用系数*大，即输出功率*大。根据公式，要实现风能*大功率跟踪，需根据风速调节发电机转速，维持*佳叶尖速比。
3.2 发电机转速控制
永磁同步发电机的电磁转矩取决于定子电流。在直驱风力发电系统中，采用永磁同步发电机，无增速机构，因此风力机转速直接对应发电机转速。要使风力机转速始终追随风速并保持*佳转速，需使发电机转子转速随风速变化并保持*佳转速。发电机转速控制需先检测风速信号，再通过风速与*佳转速的关系自寻优找到*佳转速，将其作为参考转速输入电机驱动器，通过速度闭环系统使发电机达到*佳工作点。
4 电网侧变流器控制策略
一般电网侧变流器控制系统需交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器来检测控制量和起保护作用，增加了系统成本，使得整流装置体积庞大。同时，传感器信号丢失和噪声干扰可能降低系统性能。为此，研究省略传感器控制策略十分必要。本文在传统SVPWM方法的基础上采用虚拟磁链计算角度，无需检测交流电压信号，省去了交流电压传感器，降低了系统成本，减小了装置体积，简化了电路结构。
4.1 虚拟磁链的概念
虚拟磁链的概念源于虚拟电机，将电网侧电源视为一个虚拟的交流“电机”，其中的电阻与电感分别视为虚拟电机定子电阻和定子漏感。
4.2 虚拟磁链观测器
本文用两个一阶低通滤波器代替积分环节，消除观测磁链的偏差，得到的虚拟磁链观测器如图4所示。
4.3 瞬时功率的估计
利用测得的线电流值和估计的磁链值估算瞬时功率。在复数领域，瞬时功率可按以下公式计算：
p=re（ui*l）
q=im（uli*l）
i*l是il的共轭复数。
瞬时有功功率和无功功率可表示为：
p=w（ψlαilβ-ψlβilα）
p=w（ψlαilα-ψlβilβ）
4.4 引入虚拟磁链的SVM-DPC控制框图
图5是引入虚拟磁链的SVM-DPC控制框图。通过测量得到的电流信号和直流侧电压信号估算瞬时功率和磁链位置角。系统以直流输出电压为外环控制，输出电压与电压参考值的差值经PI调节器调节得到参考电流值。将其与输出电压一同送入乘法器即可得到有功功率的参考值。同时，将无功功率参考值设为0，以保证整流器单位功率因数运行。
5 仿真分析
为验证上述控制方法，本文利用Matlab/Simulink软件搭建了基于直驱型风力发电机电机侧及电网侧仿真模型，分别如图6和图7所示，主要仿真参数见附表所列，仿真结果如图8和图9所示。
6 结束语
本文采用双PWM变流器作为直驱永磁同步风力发电机的并网电路，提出了一种电机侧变流器和电网侧变流器分开控制的控制策略。仿真结果验证了所提出控制策略的正确性：电机侧在额定风速以下可很好地通过追踪*佳叶尖速比获取*大风能，并稳定直流侧电压；电网侧可保持网侧功率因数运行，并省去了交流电压传感器，拥有较好的动、静态性能。皖南电机所采用的这种控制方法简单、有效，为风力发电技术的发展提供了有力支持。
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