引言

　　在风力发电技术日新月异的今天，尽管双馈式风力发电系统依旧在市场中占据着重要地位，但直驱式发电机组凭借其显著优势，正逐渐成为行业焦点。安徽皖南电机生产的直驱式风力发电系统，通过风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机实现发电，并通过先进的功率转换电路将电能安全接入电网。这种设计有效消除了传统双馈系统中易损的齿轮箱，极大提升了系统整体效率，显著降低了噪音，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，全功率变流器采用的简化拓扑结构如图1所示。在主动整流拓扑中，三相电压型逆变器取代了传统的不可控整流和升压斩波单元，实现对发电机负载转矩的控制，从而调节电机转速。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。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。

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变流器作为皖南电机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。