【正文】 風速躍升所產(chǎn)生的巨大風能，一部分被加速旋轉(zhuǎn)的風輪所吸收以功能的形式儲存于高速運轉(zhuǎn)的風輪中，從而避免主軸及傳動機構(gòu)承受過大扭矩和應(yīng)力，當風速下降時，在電力電子裝置調(diào)控下，將高速風輪所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)、風輪的加速、減速對風能的階躍性變化起到緩沖作用使風力機內(nèi)部能量傳輸部件應(yīng)力變化比較平穩(wěn)，防止破壞性機械應(yīng)力產(chǎn)生，從而使風電機組運行更加平穩(wěn)和安全。自勵產(chǎn)生的過電壓可能危及發(fā)電機和電容器的絕緣，必須予以重視。（2）變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)相對于恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，主要有以下優(yōu)點：A風能利用系數(shù)高利用變速恒頻發(fā)電方式，風力機就可以改變恒速運行為變速運行。在電力電子裝置的調(diào)控下，將高速風輪所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，送入電網(wǎng)，從而使能量傳輸機構(gòu)所受應(yīng)力比較平穩(wěn)，風電機組運行更加平穩(wěn)和安全。變速機組即使設(shè)計葉尖速比大于恒速機組，低風速時的轉(zhuǎn)速仍會大大低于恒速機組，因而噪聲低，更具有競爭性。當然，決定變速機組工作性能的一個關(guān)鍵是變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的控制裝置和控制策略的設(shè)計。A 普通三相同步發(fā)電系統(tǒng)早期的恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)中是采用普通三相同步發(fā)電機，風力機與發(fā)電機之間通過齒輪箱連接，風力機采用定槳距控制技術(shù)，發(fā)電機通過斷路器直接與電網(wǎng)連接，這就是所謂的剛性連接。普通三相同步發(fā)電機型風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖11所示: 圖11 三相同步發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖B 雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)雙饋式風力發(fā)電系統(tǒng)是變速運行風電系統(tǒng)的一種，由風力機、齒輪箱、感應(yīng)發(fā)電機、PWM變頻器和直流側(cè)電容器等構(gòu)成。直流側(cè)電容器的作用是維持直流母線電壓恒定?？梢宰粉欁畲箫L能，提高風能利用率。變頻器容量僅占發(fā)電機額定容量的25%左右，與其它全功率變頻器相比大大降低變頻器的損耗及投資。使用直接驅(qū)動技術(shù)，在風力機與交流發(fā)電機之間不需要安裝升速齒輪箱，因而減少了維修周期，降低由于齒輪箱造成的噪聲污染，在低風速時具有更高的效率。直流環(huán)節(jié)并有一大電容，可維持母線電壓恒定。 由于風力發(fā)電整體技術(shù)起步比較晚，現(xiàn)今我國風電場應(yīng)用的風電變流器市場主要被維斯塔斯、西門子、ABB等知名國外品牌占領(lǐng)，但是國家近幾年出臺了很多政策和舉措支持民族品牌的發(fā)展，為國內(nèi)變流器企業(yè)提供了大力的政治和經(jīng)濟支持。近幾年，中國風電領(lǐng)域的相關(guān)專家對于國外的變流器技術(shù)的相關(guān)文獻進行了學(xué)習(xí)和研究，而且變流器的核心—電力電子器件技術(shù)發(fā)展很迅速，加之目前國家大力提倡清潔能源開發(fā)和需求掛鉤，使得風電前景一片看好。相信不遠的將來，會有大批的自主品牌的風電變流器和更多的國產(chǎn)自動化產(chǎn)品成功應(yīng)用在風電領(lǐng)域。通過變流器自身多次有規(guī)律的開關(guān)可以控制電壓和電流波形，這就是控制技術(shù)。近十年來這一技術(shù)在再生能源系統(tǒng)中得到重視，獲得了很大的發(fā)展和應(yīng)用。直接電流控制引入電流閉環(huán)控制，以其快速的電流響應(yīng)和魯棒性受到重視，控制方法主要包括電流跟蹤控制、同步PI電流控制。當達到新的穩(wěn)態(tài)時，和相等，PI調(diào)節(jié)器輸入仍恢復(fù)到零，而電流信號的幅值的給定值則穩(wěn)定在新的值上。間接電流控制不需要電流傳感器，存在缺陷。交流側(cè)電流的控制是網(wǎng)側(cè)變換器控制的關(guān)鍵。n 瞬時電流控制是將交流側(cè)電流檢測回來，組成電流閉環(huán)電路。這種控制方法簡單，但存在一些問題，由于控制系統(tǒng)頻帶寬度有限，實際控制電流會存在相位滯后和幅值誤差，要實現(xiàn)單位功率因數(shù)逆變就會得有一定困難。這樣，實際電流圍繞給定電流波形做鋸齒狀變化，并將偏差控制在一定范圍。n . 同步旋轉(zhuǎn)坐標系下PI調(diào)節(jié)電流控制近年來以空間電壓矢量SVPWM調(diào)制為基礎(chǔ)的同步PI電流控制理論被用于并網(wǎng)變流器研究。在同步旋轉(zhuǎn)坐標系中，原來三相坐標系中的交流量都變成了直流量。其次，電壓或電流合成矢量是d和q軸矢量決定的，變化dq矢量中的一個不僅改變矢量幅度，而且還改變d和q軸之間的夾角?？刂葡到y(tǒng)通過電流反饋和電網(wǎng)電壓前饋，使輸入電流解耦，提高了動態(tài)性能，同時系統(tǒng)對參數(shù)變化的敏感性降低，穩(wěn)定性也相應(yīng)提高。事實上，電壓型PWM變流器整體設(shè)計包括濾波性能和控制的動態(tài)性能問題，這依賴于變流器橋路兩側(cè)直流側(cè)和交流側(cè)兩個濾波器相配合，才能達到滿意效果?；趩坞姼蠰的同步PI控制算法推導(dǎo)如下：根據(jù)第二章的變流器兩相旋轉(zhuǎn)坐標下低頻數(shù)學(xué)模型知，dq軸電流除受到控制量的影響外，還受到交叉耦合項和電網(wǎng)電壓影響。為使變流器實現(xiàn)功率因數(shù)為1，即網(wǎng)側(cè)無功功率為零，將q軸指令電流=0。風力發(fā)電機組并網(wǎng)時需要滿足產(chǎn)生的電壓與電網(wǎng)電壓的相序、頻率、幅值和相位分別相等，且輸入電網(wǎng)電流諧波應(yīng)滿足一定要求。 基于LCL濾波的電壓型變流器需要設(shè)計成穩(wěn)定的和高效的系統(tǒng)。在設(shè)計LCL濾波網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)先確定變流器的PWM調(diào)制方法，然后考慮電網(wǎng)電壓和網(wǎng)側(cè)電流的檢測位置對器件參數(shù)選取的影響。一種方式是控制LCL的網(wǎng)側(cè)電感電流，另一種是控制LCL輸出側(cè)電感電流，而選用第二種方式構(gòu)建控制系統(tǒng)會更容易實現(xiàn)單位功率因數(shù)，并可提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。這樣將式（），（），（）經(jīng)3/2變換得到兩相靜止坐標系下方程為： （） （） （）三相平衡的三相電系統(tǒng)，以角速度進行旋轉(zhuǎn)變換，其中f是電網(wǎng)的基波頻率，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換可使交流量轉(zhuǎn)換為直流量。如果使用LCL濾波器，耦合的變量則大大增加，為更好實現(xiàn)電流控制，可以通過增加解耦項進行解耦。(2)電流環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標系下濾波電路模型構(gòu)建電流控制系統(tǒng)。而以另一種方式，即檢測網(wǎng)側(cè)電感的電流構(gòu)成電流環(huán)時，則無須增加控制算法的復(fù)雜程度。依據(jù)LCL濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則選取的電感和電容量可知則所有與電容C有關(guān)的項均可忽略，可將式（)簡化為：（）這樣與電容有關(guān)的耦合項可以全部忽略，此時簡化模型與單電感模型一致，只是電感量等于?？梢杂玫淇刂评碚撝蠵I調(diào)節(jié)器進行控制。風力機的種類很多，目前大型并網(wǎng)風力發(fā)電機組中采用的風力機絕大多數(shù)都是水平軸、下風向式、三葉片。德國科學(xué)家貝茨（Betz）于1926年建立了著名的風能轉(zhuǎn)化理論，即貝茨理論。通過風輪的氣流上游截面積為，下游截面積為。 圖13 與葉尖速比以及槳距角的關(guān)系根據(jù)貝茲(Betz)定理，風力機獲得的機械功為: （）其中，為風能利用系數(shù)，為空氣密度，S為風力機掃風面積，V為上游風速葉尖速比可以用下式表示： （）其中，為風輪的角速度，為電網(wǎng)頻率，為風輪半徑。從中可以看出在同一個風速下，不同轉(zhuǎn)速會使風力機輸出不同的功率，要想追蹤最佳功率曲線，保持最佳葉尖比，即最大限度地獲得風能，就必須在風速變化時及時調(diào)節(jié)風輪機的轉(zhuǎn)速，在直驅(qū)同步風力發(fā)電系統(tǒng)中，即調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，從而改變風力機轉(zhuǎn)速，這是最大風能捕獲的主要思想。此時風力機工作在額定功率輸出模式，輸出穩(wěn)定。結(jié)合式()可得此時轉(zhuǎn)矩指令表達式如下，與電機轉(zhuǎn)速呈平方關(guān)系。限于篇幅，本節(jié)主要圍繞永磁同步電機矢量控制展開研究。零d軸電流矢量控制采用轉(zhuǎn)子磁場定向，其實現(xiàn)的前提是必須已經(jīng)準確地檢測出轉(zhuǎn)子磁極空間位置d軸，采用PWM技術(shù)，通過對逆變器功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷的控制，使定子合成電流位于q軸上，此時定子電流d軸分量為零，而永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流成正比，即正比于定子電流幅值，因此，我們只需要控制定子電流大小，就可以達到控制永磁同步電動機的輸出電磁轉(zhuǎn)矩的目的。同時可得同步旋轉(zhuǎn)坐標系下dq軸等效電路圖：n 永磁同步電機的控制策略原理，主要分為兩類:矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，前者是基于轉(zhuǎn)子磁場定向的，而后者是基于定子磁場定向的，由于兩種控制策略的控制目標不同，所以在實現(xiàn)方法上也各不相同。而在額定功率輸出運行方式下，電機要維持額定功率不變，就是要維持額定轉(zhuǎn)速不變，因此此時控制上常采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，轉(zhuǎn)矩環(huán)作為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)矩指令由轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出來給定。在電流內(nèi)環(huán)的控制中，首先檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置角度，用霍爾傳感器采樣發(fā)電機輸出三相電流，再將采上來的三相電流經(jīng)過clark和park變換轉(zhuǎn)換到dq旋轉(zhuǎn)軸系下的直流分量,它們與指令值的差作為電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸入，通過PI調(diào)節(jié)器跟蹤給定值，PI調(diào)節(jié)器的輸出與發(fā)電機端電壓的dq旋轉(zhuǎn)軸系下的分量疊加，產(chǎn)生的調(diào)制電壓逆park變換，得到電壓矢量。n 恒定氣隙磁鏈控制旨在使氣隙磁鏈保持恒定，通常取此時PMSG發(fā)電工況相量圖如圖34所示。永磁同步電機損耗可分為機械損耗和電氣損耗兩部分。 (a)d軸等效電路 （b）q軸等效電路 圖35 考慮鐵耗影響的dq坐標系電機等效電路 （） （） 電機定子電壓滿足如下方程： （）由圖35可得電機銅耗和鐵耗表達式如下： （） 因此總電氣損耗為（）由于機械損耗不可控，要獲得最大效率，就要使最小。然而，將d軸電流控制為零，也帶來了電機端口功率因數(shù)不高、逆變器容量較大等缺點。在最大效率控制下，電流指令通過總損耗最小的原則進行，電機運行效率是三種控制策略中最優(yōu)的。2 結(jié)論本文在分析了風力發(fā)電機運行特性及其最佳風能利用原理上，就直驅(qū)永磁風力發(fā)電系統(tǒng)提出了一種永磁發(fā)電機的控制策略，該策略不同于通過控制直流電壓實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速控制的方案，而是通過控制逆變器的輸出電壓和電流實現(xiàn)恒壓恒頻輸出和最大風能獲取，并通過控制策略進行了控制電路的設(shè)計和恒壓恒頻的試驗。[8]，200711:5659. [9]姚駿,廖勇,瞿興鴻,:1115.重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 附錄A：XX公式的推導(dǎo)1 緒論 隨著人類文明不斷進步和全球經(jīng)濟快速發(fā)展，人類對能源的需求日益增加，但地球上可利用的常規(guī)能源卻非常有限。風能資源作為一種清潔的可再生能源，一方面不消耗燃料從而沒有受燃料價格影響的風險，另一方面不對環(huán)境造成污染，這些優(yōu)勢使風能資源成為全球重點利用和開發(fā)的發(fā)電能源。風力發(fā)電與有限的傳統(tǒng)能源相比較，風能資源豐富，取之不盡，用之不竭,是一種安全可靠的可再生能源；風力發(fā)電不會產(chǎn)生一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）等有害氣體，不會產(chǎn)生大氣污染。風力發(fā)電的不斷發(fā)展過程中，根據(jù)控制方式不同出現(xiàn)了恒速恒頻與變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)。變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)一般采用雙饋異步發(fā)電機或低速永磁同步發(fā)電機，雙饋型是風力機通過齒輪箱和發(fā)電機相連，直驅(qū)型則是風力機直接與發(fā)電機相連。并且該系統(tǒng)可以靈活的控制無功和有功功率，采用先進的PWM控制技術(shù)可以抑制諧波，減小開關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)的效率。電機不需要勵磁電源，從而提高了效率，在整個系統(tǒng)控制上也比雙饋電機簡單。對于直驅(qū)式風力發(fā)電機的研究，國外從20世紀90年代就開始了。近來，技術(shù)可利用率達98%。根據(jù)直流側(cè)電源的類型，PWM 整流器可分為電壓源型整流器(VSR) 、電流源型整流器(CSR)和 Z 源整流器(ZSR)。三相電壓型PWM變流器具有允許能量雙向流動、網(wǎng)側(cè)電流諧波含量少、并網(wǎng)功率因數(shù)可控等優(yōu)點，因此常以其作為網(wǎng)側(cè)變流器的研究對象。而直接電流控制具有電流響應(yīng)速度快的特點，成為目前主流的控制策略。電網(wǎng)側(cè)變換器的控制策略直接關(guān)系到發(fā)電機與電網(wǎng)之間的有功功率傳輸以及發(fā)電系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)。網(wǎng)側(cè)變換器是一個三相電壓型 PWM 變換器，既可以工作在整流狀態(tài)也可以工作在逆變狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變換器工作在何種狀態(tài)由系統(tǒng)能量流動方向決定，而無論其工作在何種狀態(tài)控制器和控制方法保持不變。那么，網(wǎng)側(cè)變換器的目的就是保持直流側(cè)電壓穩(wěn)定而不受發(fā)電機輸出功率變化的影響，同時又能控制網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。三相VSR的四種工作狀態(tài)如圖所示:圖中，電網(wǎng)電動勢向量為E，電網(wǎng)電流矢量向量為I。 θ為V、E之間的相角。做純感性運行時，V超前Eθ相角且I滯后E90176。但是這種方法求解復(fù)雜，難以實現(xiàn)實時計算控制，因此工程上通常采用規(guī)則采樣法，其效果接近自然采樣法。SVPWM控制策略的主要思路為采用逆變器空間電壓矢量的切換來獲得準圓形旋轉(zhuǎn)磁場，在較低的開關(guān)頻率下，使交流電動機獲得比SPWM控制更好的性能。u=/netahtml/amp。col=ANDa