直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间

根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。风力发电机组运行区域如图7-1所示。

图7-1 风力发电机组运行区域

（1）停机模式。风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。

（2）最佳叶尖速比运行区。即第②区间，即图7-1的AB区间。当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C

恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p

态。

（3）恒转速运行区间。即第③区间，即图7-1的BC区间。为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使C

p

值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。

（4）恒功率运行区间。即第④区间，即图7-1中的CD段。当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。为了使整个机组稳定运行，这时需要调节风力机桨距角，使风能利用系数减小，保持发电机的输出功率为额定值不变，此时风力机工作在功率恒定区。

上面第②、③、④风速区间反映到发电机转速，可用如图7-2所示的3个工作区表示。

图中，v

c 为切入风速，v

b

为风机额定风速，v

r

为发电机额定转速，v

f

为切出

风速。

工作区2：v

c ＜v＜v

b

，变速，最佳叶尖速比工作区。

工作区3：v

b ＜v＜v

r

，恒速，可变叶尖速比工作区。

工作区4：v

r ＜v＜v

f

，变速，恒功率工作区。

图7-2 变速恒功率

二、发电机的控制方式

从控制角度看风力发电机的控制方式虽然有很多，但从风速大小的角度看，风力发电机的控制方式总体可分发电机控制模式和变桨距控制模式两大类，如图

为实际风速。

7-3所示（停机模式实际上发电机是停机状态），v

W

图7-3 风力发电机的控制方式：风力发电机功率—转速特性和最大功率点

（MPP）运行

（1）发电机控制模式是风力机在风速介于切入风速和额定风速之间的运行状态，此阶段的控制目标是根据风速的变化调整发电机的转速，使风力机实现最大功率跟踪。对最大功率跟踪算法的研究是此阶段风力机控制研究的重点。

（2）变桨距控制模式是风力机在风速介于额定风速和切出风速之间的运行状态，此阶段的控制目标是通过调整桨距角使风力机捕获的风能维持在额定功率附近，以保证风电系统的安全。先进控制方法在变桨距控制系统中的应用是变桨距控制领域的研究热点，其中智能控制在变桨距控制中的应用是一个重要方向。

另外，当风力发电占电网发电比例较低时，若电网发生故障，允许风电场实施自我保护式的被动解列，这样一方面能最大限度地保护风电系统的安全，另一方面由于所占比重较低，对整个电网的影响不大。但当风力发电在电网中所占比

例较大时，若仍采用被动解列的保护方式则会增加电网电压恢复的难度，甚至会加剧故障，严重时会导致系统的崩溃，因此必须采取有效的低电压穿越措施。在电网电压发生跌落时，风电系统能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功支持，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”此低电压时间。因此，低电压穿越是当前风力发电机控制的重点之一。

三、测量参量及相关器件

（一）测量参量

1.风速、风向

风速是风力发电系统最重要的参量，通过机舱上安装的风速风向仪测取。

一般情况下兆瓦级风力发电机组安装2个风速风向仪。风速风向仪一般统计3s、10s、30s、600s的平均值供控制器参考，但由于风速风向仪安装在风轮后面，风轮旋转时测得的数值本身并不精确，因此不能真正代表风轮前方风速。但是如果永磁同步发电机的功率转速特性测试准确，其本身就是一个很好的传感器，和风轮配合就是一个很好的大型风速仪，能准确计算出风轮前方风速。

风向标安装于机舱顶部，主要测取风向和主轴方向的偏差。一般每秒取一个值，取10min平均值作为代表值，一般以0～20mA或格雷码采集风向角，用绝对值编码器作为传感器。

2.主轴转速

直驱式发电机风轮和发电机轴直连，只有一个主轴转速，但应安装不少于2个传感器测量转速，因为转速对机组的控制非常重要。主轴转速测量方式较多，如利用接近开关测量齿盘的齿数及周期、测量发电机的频率，或在集电环上安装编码器等，通过计算得到转速。

3.振动

振动是风力发电机组必测的参量，机组运行状态与振动密切相关。在机舱底板座上或适当的位置安装振动传感器（xy两方向），在机舱内适当的位置安装摆锤式振动传感器。在振幅大、强度高、加速度值超过设定值时可以切断安全链中本传感器的触点完成紧急停机。

4.温度

永磁同步发电机主要温度监控点由前后轴温度、发电机三相绕组温度、环境温度等共10个PT100来完成测温。

（二）相关器件

1.偏航系统

偏航系统的主要作用有：①与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；

②提供必要的紧锁力矩，以保障风力发电机组的安全运行。

偏航轴承上有齿轮，齿轮上安装独立的记数传感器和两个接近开关，记录积累的扭转度数并分析方向。一般当电缆被累计扭转到1080°左右时，告知控制器进入松缆动作，偏航系统安装专门的松缆开关作为冗余。在偏航系统中还安装制动器，偏航时作为阻尼防止产生振动，不偏航时固定对风的方向。

2.变桨距控制系统的传感器

一般采用两种角度传感器：①变桨距电机轴上安装一个增量编码器，为开关量输出，指示记录角度的变化；②齿轮和变桨距轴承啮合的绝对值编码器，一般用4～20mA表示角度输出模拟量，作为冗余配置。

每个叶片一般有两到三个限位开关，一般有一个限制小于0°的值，为-10°～-5°，一个限制大于90°，但它们不作为角度校准，只起到保护作用。限位开关如果动作，变桨距系统立刻使叶片顺桨。

3.电量采集传感器

电量采集传感器应采集包括永磁同步发电机的输出电压、电流，并网的电流、电压、功率、发电量及功率因数，其中电流和电压是基本量，功率和功率因数等可由电流、电压计算得到。

四、全功率风力发电机变流器矢量控制和直接转矩控制策略

当前高性能的直驱式全功率风力发电机变流器控制策略概括起来主要有矢量控制策略和直接转矩控制策略两类。

1.矢量控制策略

矢量控制策略，也称磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC），是由德国西门子公司的F.Blaschke等人在1971年首先提出的，其核心思想是将交流电机的三相电流、电压、磁链经坐标变换转换为以转子磁链定向的两相同步旋转

的dq参考坐标系中的直流量，参照直流电机的控制思想实现转矩和励磁的控制。磁场定向矢量控制的优点是具有良好的转矩响应，精确的速度控制。永磁同步交流电机矢量控制技术的基本思想同样是在坐标变换和电机电磁转矩方程基础上，通过控制dq轴电流实现转矩和磁场控制。不论电机在低速还是在高速，电机的响应性能均十分优异。但是，矢量控制系统需要确定转子磁链位置，且需要进行坐标变换，运算量较大，而且还要考虑电机参数变动的影响，故系统比较复杂。

采用先进控制算法应用于矢量控制成为当前研究的热点，例如：将电机的负载扰动归为未知量，采用自抗扰控制（ADRC）进行估计、补偿和控制的自抗扰控制技术的永磁同步电机控制方案；将递归神经网络控制器作为速度控制器模拟在永磁同步电机参数变化和负载扰动下的最优速度输出；结合滑模控制和神经网络的优点，设计基于神经网络的永磁同步电机自适应滑模控制方案等。

在成熟的直驱式全功率风力发电机变流器产品中，采用矢量控制策略的有科孚德系列、斯维奇系列和VACON系列等。

2.直接转矩控制策略

直接转矩控制策略（Direct Torque Control，DTC）是由德国M.Depenbrock 教授和日本的Takahashi教授等人先后提出。与矢量控制不同，DTC直接利用两个滞环控制转矩和磁链调节器直接从最优开关表中选择最合适的定子电压空间矢量，进而控制逆变器的功率管开关状态和开关时间，实现转矩和磁链的快速控制。1997年由澳大利亚L Zhong、M F Rahman教授和中国胡育文教授合作提出了基于永磁同步电机的直接转矩控制方案，从而初步奠定了直接转矩控制应用于永磁同步电机的理论基础。

直接转矩控制的优越性在于：不需要矢量坐标变换，采用定子磁场定向控制，只需对电机模型进行简化处理，没有脉宽调制PWM信号发生器，控制结构简单，受电机参数变化影响小，能够获得较好的动态性能；定子磁链的控制在本质上不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性好，引入定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便地实现无速度传感器控制。但是常规直接转矩控制也存在不足，如：逆变器开关频率不固定和滞环宽度的选取问题使得转矩、电流波动大，转矩易产生稳态误差；转矩和磁链控制没有办法实现完全解耦；以开关选择表为基础，所能施加的电压矢量数量非常有限，

会导致转矩与磁链的波动较大。在成熟的直驱式全功率风力发电机变流器产品中，采用直接转矩控制最成功的是ABBACS系列产品等。

直驱式永磁同步风力发电机概述

直驱式永磁同步风力发电机概述 永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。 一、永磁同步发电机的特点 1.与传统电励磁同步发电机比较 同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电 流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n 0=60f/p，其中n 为同步转速，p为极 对数。现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。 永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点： （1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。 （2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。 （3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。 （4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。 （5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。 （6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。 （7）永磁体存在退磁的可能。 目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机

永磁直驱式风力发电机的工作原理

你好,你的这个问题问的比较广。我大概给你阐述下,对于现在国内国外大型水平轴风力发电机组,有双 馈机和永磁直驱发电机。 永磁直驱发电机顾名思义是在传动链中不含有增速齿轮箱。 总所周知,一般发电机要并网必须满足相位、幅频、周期同步。而我国电网频率为50hz这就表示发电机要发出50hz的交流电。学过电机的都知道。转速、磁极对数、与频率是有关系的n=60f/p。 所以当极对数恒定时,发电机的转速是一定的。所以一般双馈风机的发电机额定转速为1800r/min。而叶轮转速一般在十几转每分。这就需要在叶轮与发电机之间加入增速箱。 而永磁直驱发电机是增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降,这样就不需要增速齿轮箱,故名直驱。而齿轮箱是风力发电机组最容易出故障的部件。所以,永磁直驱的可靠性要高于双馈。 对于永磁直驱发电机的磁极部分是用钕铁硼的永磁磁极,原料为稀土。 风轮吸收风能转化为机械能通过主轴传递给发电机发电,发出的电通过全功率变流器之后过升压变压器上网。 不知道有木有解释清楚。 还有什么不清楚可以继续追问,知无不言。 风力发电机也在逐步的永磁化。采用永磁风力发电机,不仅可以提高发电机的效率,而且能在增大电机容量的同时,减少体积,并且因为发电机采用了永磁结构,省去了电刷和集电环等易耗机械部件,提高了系统的可靠性,这也是风电发电机的发展趋势之一。

风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。目前大多风电系统发电机与风轮 并不是直接相连,而是通过变速齿轮相连,这种机械装置不仅降低了系统的效率,增加了系统的成本,而且容易出现故障,是风力发电急需解决的瓶颈问题。直驱式风力发电机可以直接与风轮相连,增加了系统的稳定性,同时增大了电机的体积和设计制造以及控制的难度。直驱型风力发电系统是采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电,通过功率变换电路将电能转换后并入电网,相对于双馈型发电系统,直驱式发电机采用较多的极对数,使得在转速较低时,发电机定子电压输出频率仍然比较高,完全可以在电机的额定等级下工作,并且其定子输出电压通过变流器后再和电网相接,定子频率变化并不会影响电网频率。在直驱风力发电系统中风机与发电机直接耦合,省去了传统风力发电系统中的国内难以自主生产且故障率较高的齿轮箱这一部件,减少了发电机的维护工作,并且降低了噪音。另外其不需要电励磁装置,具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。 直驱永磁发电机与双馈异步发电机技术相比,由于不需要转子励磁,没有增速 齿轮箱,效率要比双馈发电机高出20%以上,年发电量要比同容量的双馈机型高;增 速齿轮箱故障较高,维护保养成本高,直驱永磁发电机不需要齿轮箱,易于维修保养;直驱永磁发电机采用全功率的交-直-交变频技术,与电网隔离,具有低电压穿越能力,对电网友好; 直驱永磁发电机的缺点是稀土永磁材料成本高,导致整机成本相对较高,永磁 材料在高温、震动和过电流情况下,有可能永久退磁,致使发电机整体报废,这是直驱永磁发电机的重大缺陷。

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法一、最大风能捕获控制的基本原理 风能作用在风轮上，风能只有一部分可以被风轮吸收。风力机从风能中捕获的功率P w 可表示为 式中P w ——风力机从风能中捕获的风功率； ρ——空气密度； A——风力机扫风面积； v——风速； C p ——风力机的风能利用系数。在桨距角一定的情况下，C p 是叶尖速比λ的 函数，λ为 式中ω w ——风力机机械角速度； R tur ——风轮半径； v——风速。 在实际应用中常用风能利用系数C p 对叶尖速比λ的变化曲线表示该风轮的空气动力特性，如图7-4和图7-5所示。 图7-4 风轮气动特性（C p- λ）曲线

图7-5 永磁同步发电机不同转速从短路状态到开路状态的全特性曲线 时就可以获得最大风能利当桨距角一定时，风力机运行于最佳叶尖速比λ opt ，此时风力机的转换效率最高，即 用系数C pmax 式中ω ——风力机的最优机械角速度； opt λ ——最佳叶尖速比。 opt 成比例调节，以保持λ总在最优。 上式要求风轮机组的转速ω可以随风速v 1 在直驱式永磁同步风力发电系统中，风力发电机与风力机直接相连，风力发电机组的动态特性可以用一个简单的数学模型描述为 ——风力发电机组的转动惯量； 式中J tur ——风力机的气动转矩； T tur T ——风力发电机电磁转矩。 em 为 风力机气动转矩T tur 其中

式中ρ——空气密度； β——桨距角； C T ——风力机转矩系数； C p ——风能利用系数。 稳态时，当风力机运行在一个最佳叶尖速比λ opt 时，有一个最佳功率系数C popt 与之对应，且转矩系数C T =C popt /λ opt =C Topt 也为常数，此时捕获的风能为最大，为 式中S——风轮扫风面积。 稳态时，当忽略摩擦阻力转矩，发电机的电磁转矩应该与风力机气动转矩相等，即 式（7-7）是在稳态条件下推导出来的发电机电磁转矩与转速之间的关系，它可以作为用于控制电机转矩的给定值，是发电机转速的函数。即当风速在额定风速以下时，发电机的电磁转矩按照式（7-12）的关系控制，整个系统就能够实现最大风能的捕获，这就是额定风速以下最大风能捕获的基本原理。 因此，对于某一特定风速，风力发电机应在一个特定的转速下运行才能实现对风能的最大捕获。在一定风速下，风力发电机的功率曲线上有一最优转速和最大功率点，将不同风速下的最大功率点连接起来可得到最佳功率曲线。 实现最大风能跟踪的要求是在风速变化时及时调整风力发电机转速，使其始终保持最佳叶尖速比运行，从而保证系统运行于最佳功率曲线上。对风力机转速的控制可通过风力机变桨调节，也可通过控制发电机输出功率进行调节。 二最大风能捕获控制的基本策略 实现最大风能捕获的关键是提高风能利用系数。这就需要根据风速的变化及时调整风力机的转速，时刻保持叶尖速比为最佳值，实现风力发电机组在变速运行时的最大风能捕获。目前最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）的控制策略已经被广泛应用。根据各种不同MPPT控制策略的特点，把它们划分为以下三种。

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间 根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。风力发电机组运行区域如图7-1所示。 图7-1 风力发电机组运行区域 （1）停机模式。风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。 （2）最佳叶尖速比运行区。即第②区间，即图7-1的AB区间。当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C 恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p 态。

（3）恒转速运行区间。即第③区间，即图7-1的BC区间。为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使C p 值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。 （4）恒功率运行区间。即第④区间，即图7-1中的CD段。当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。为了使整个机组稳定运行，这时需要调节风力机桨距角，使风能利用系数减小，保持发电机的输出功率为额定值不变，此时风力机工作在功率恒定区。 上面第②、③、④风速区间反映到发电机转速，可用如图7-2所示的3个工作区表示。 图中，v c 为切入风速，v b 为风机额定风速，v r 为发电机额定转速，v f 为切出 风速。 工作区2：v c ＜v＜v b ，变速，最佳叶尖速比工作区。 工作区3：v b ＜v＜v r ，恒速，可变叶尖速比工作区。 工作区4：v r ＜v＜v f ，变速，恒功率工作区。

直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制策略探究

直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制策略探究 摘要:在直驱式永磁同步风力发电系统运行的过程中，对其最大功率进行追踪控制是掌 握其实时状态的重要工作。本文将对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率进行分析，并探 讨其追踪控制的策略。 关键词:直驱式永磁同步风力发电最大功率追踪 一、最大功率的追踪原理 （一）风力机的输出特性 风力机叶片的半径用r表示，ρ则代表着空气的密度，v是实际测得的风速。则能用以 下的函数关系来表示风力机轴上的机械功率输出： 式（4）中风力机输出的机械功率与转速之间的关系称为最佳功率曲线，而在式（5）中 机械转矩与转速呈现出的函数变化关系则是最佳转矩曲线。在风速保持不变的情况下风力机 保持最大功率的稳定运行，叶尖线边缘瞬时速度将能与风速保持式（3）的函数关系，也就 是说此时的风力机叶尖速比处于最佳，而最佳功率曲线和最佳转矩曲线分别在此时满足式（4）和式（5）。 在风力机运行时风速不稳定的状况下，风力机所提供的机械功率输出、机械转矩和最佳 功率、最佳转矩曲线可以用图2来表示 （二）最大功率追踪原理及具体实现方案 在图2（b）所表示的函数中，通过人为的办法对发电机的运行状态进行调节，使转矩 和转速在一定条件下跟式（5）中的函数关系保持一致，系统将能在风力机转矩特性与发电 机机械特性的交点处达到平衡。图2（b）中的A、B、C、D四个点分别代表不同风速下风力 机的最大输出功率，而风力机在这时的叶尖速比处于最佳，并且这四个平衡点处于稳定状态，满足以下公式： 对功率进行控制。由于实际操作不能准确地测定发电机能从轴上得到多少能量，所以一 般会以并网条件下的有功功率作为这个值，并通过控制有功功率来完成对发电机的功率控制。而在发电机工作的过程中，会因为自身克服阻力而产生能量的损耗，而这些损耗很难计算却 又不能忽略不计，所以实际测定会出现较大偏差。 对转矩进行控制。在实际的操作中，不论是对功率进行控制还是对转速进行控制，都要 通过改变转矩来完成。所以控制转矩的方法是最大功率追踪的最佳方法。以最佳转矩减和空 载转矩之间的差作为电磁转矩，用以下公式进行表达： 其中空载转矩是指在电机工作过程中各种损耗之和。对转矩进行控制是实现发电机功率 追踪的最佳办法，而在永磁同步发电机中，对电磁转矩的有效控制则需要采用矢量控制的方 式来完成。 三、最大功率的追踪控制 （一）最大功率的追踪 对于永磁同步发电机而言，进行最大功率追踪控制实际上就是对发电机电磁转矩进行控制。而根据实际研究的结果可以知道，对电磁转矩的控制实际上就是要控制发电机的转矩分量。

直驱式风力发电机原理及发电机组概述

直驱式风力发电机原理及发电机组概述 二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，而风力机转速较低，小型风力机转速约每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转，必须通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。下图是一台采用齿轮箱增速的水平轴风力发电机组的结构示意图。 使用齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力机塔顶环境下维护保养都较困难。不用齿轮箱用风力机浆叶直接带动发电机旋转发电是可行的，这必须采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。近些年直驱式风力发电机已从小型风力发电机向大型风力发电机应用发展，国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功，据报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW，是直驱式发电机组。 低转速发电机都是多极结构，水轮发电机就是低速多极发电机，风力机用的直驱式发电机也有类似原理构造，一种多极内转子结构，只是要求在结构上更轻巧一些。

近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛应用。采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单、效率高。永磁直驱式发电机在结构上主要有轴向与盘式结构两种，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；还有开始流行的双凸极发电机与开关磁阻发电机。 下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。其定子与普通三相交流发电机类似，转子由多个永久磁铁构成。 外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。本栏有对外转子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个外转子直驱式风力发电机组的结构示意图。

永磁直驱式风力发电机的工作原理

永磁直驱式风力发电机的工作原理 概述 风力发电是一种绿色、可再生的能源形式，近年来逐渐受到人们的重视，并已 经成为了不同国家的电力部门战略的一部分。最新的风力发电机设计中普遍采用永磁直驱式风力发电机作为核心动力。本文将介绍永磁直驱式风力发电机的工作原理。 永磁直驱式风力发电机 永磁直驱式风力发电机简单来说就是将风能转化成电能的装置，它通过天线承 受风力并转化为动能，转化后的能量被永磁直驱电机接收并被转换为可用的电能。那么它是如何工作的呢？下面是详细解释。 工作原理 永磁直驱式风力发电机利用叶轮旋转过程中的风能驱动转子旋转，发电机将叶 轮的旋转转换为磁场的旋转，通过系统上的电路转变成直流电并输出。 磁场的产生 永磁体作为最基本的部分，它产生的磁场为转子在正常工作时的磁场。对于永 磁直驱式风力发电机，主要采用了永磁体的磁场以产生转矩、增大效率。 在转子内部固定有许多磁钢，其成对固定在转子和定子上的相邻表面，形成有 序且闭合环路的磁力线。磁场的产生使得产生能量和承载载荷的磁力线逐渐发生变化，从而增加或减小空间磁场的强度。 磁场的转化 将空间磁场转换为电力的方式很简单，利用部分转子上的线圈共同作用于磁场时，会产生一个电动势，然后流经线圈释放出的能量就作为输出电能传输至整个风力电站的主轴。 线圈位置设计 在直驱发电机中，由于转子上的线圈应该共同作用于磁场，因此它们应该被两 两固定在相对位置。这样，就能产生一个比较强大而稳定的磁场。对于风力发电机中的整个系统，转子中线圈的数量应该根据总发电机负载确定。

永磁直驱式风力发电机的运行是由风轮将风能转换为机械能，进而通过驱动永磁直驱电机的转子带动电机作业的。转子的磁铁产生的磁场信息被转换成电动势以及电流，这些能量被输出到电池组上再进入电网供应电量。理解永磁直驱式风力发电机的工作原理至关重要，他对于整个系统的运行效率和能量获取能力都具有重要的影响。

直驱永磁同步风力发电机介绍

直驱永磁同步风力发电机介绍 导语：永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。 永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。永磁风力发电机通常用于变速恒频的风力发电系统中，风力发电机转子由风力机直接拖动，所以转速很低。由于去掉了增速齿轮箱，增加了机组的可靠性和寿命；利用许多高性能的永磁磁钢组成磁极，不像电励磁同步电机那样需要结构复杂、体积庞大的励磁绕组，提高了气隙磁密和功率密度，在同功率等级下，减小了电机体积。 永磁同步发电机从结构上分有外转子和内转子之分。 对于典型的外转子永磁同步发电机结构，外转子内圆上有高磁能积永磁材料拼贴而成的磁极，内定子嵌有三相绕组。外转子设计，使得能有更多的空间安置永磁磁极，同时转子旋转时的离心力，使得磁极的固定更加牢固。

由于转子直接暴露在外部，所以转子的冷却条件较好。外转子存在的问题是主要发热部件定子的冷却和大尺寸电机的运输问题。 内转子永磁同步发电机内部为带有永磁磁极、随风力机旋转的转子，外部为定子铁心。除具有通常永磁电机所具有的优点外，内转子永磁同步电机能够利用机座外的自然风条件，使定子铁心和绕组的冷却条件得到了有效改善，转子转动带来的气流对定子也有一定的冷却作用。另外，电机的外径如果大于4m，往往会给运输带来一些困难。很多风电场都是设计在偏远的地区，从电机出厂到安装地，很可能会经过一些桥梁和涵洞，如果电机外径太大，往往就不能顺利通过。内转子结构降低了电机的尺寸，往往给运输带来了方便。 内转子永磁同步发电机中，常见有四种形式的转子磁路，分别为径向式、切向式、和轴向式。相对其它转子磁路结构而言，径向磁化结构因为磁极直接面对气隙，具有小的漏磁系数，且其磁轭为一整块导磁体，工艺实现方便；而且径向磁化结构中，气隙磁感应强度接近永磁体的工作点磁感应强度，虽然没有切向结构那么大的气隙磁密，但也不会太低，所以径向结构具有明显的优越性，也是大型风力发电机设计中应用较多的转子磁路结构。

永磁同步直驱式风电机zw_wz

试比较永磁同步直驱式和双馈感应式风电机组的结构、造价、适用场合和工作特性以及工作原理的不同。 结构 直接驱动式永磁风力发电系统结构如下图，风轮机直接祸合永磁风力发电机，发电机输出由可控硅整流后，再经逆变器将能量发送给电网或蓄电池。双馈结构：叶轮—主轴—齿轮箱—连轴器—发电机（变流器—滑环—转子）—电网 工作原理及工作特性 直驱系统主要由风力机(这里概括为：叶片、轮毂、导航罩)、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。就空间位置而言，交流器和风机总控系统一般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。系统中能量传递和转换路径为：风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网，从而最终实现直驱系统的发电并网控制。直接驱动型采用多极异步电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，从而免去了齿轮箱这一传统部件。Mw级的风力发电机一般需采用3级齿轮增速，将风力机的转速由每分钟数十转增至上千转，齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪声，而且由于机械磨损需要润滑清洗等定期维护，往往成为系统机械故障的重要来源。取消增速机，采用风力机直接驱动的发电机对于提高系统效率和运行可靠性具有重要意义。直接驱动式发电系统必须采用超低速的发电机。当发电机输出电压频率不变时，电机绕组的极数与转速成反比，而电机电磁功率与转速成正比，如果保持与高速电机具有相同的额定功率，直接驱动低速发电机就必须有较多的极数和较大的体积，因此，就提高了发电机的制造成本。此外，低速发电机由于极数很多而受其铁芯尺寸和槽数所限，每极每相槽数过少而无法采用正常的分布和短距绕组，致使发电机的输出电压、电流波形含有较大的谐波分量，给发电机绕组设计带来很大困难。 双馈式发电机是变速运行风电系统的一种，包括风力机、齿轮箱、感应发电机、PWM 变频器和直流侧电容器等。双馈机的定子与电网直接连接，转子通过两个变频器连接到电网，机组可在较大速度范围内运行，与电网之间实现能量双向传输。当发电机运行在超同步速度时，发电机定子和转子同时向电网输送能量；而当运行在亚同步速度时，电网通过变频器向转子输送功率。直流侧电容器的作用是维持直流母线电压恒定。与恒速风力机不同，其功率控制方式为变桨距控制，即桨叶节距角随着风速的改变而改变，从而使风力机在较大范围内按最佳参数运行，以提高风能利用率。当风速增大到额定值以上时，叶片与轮毂问的轴承机构转动使叶片桨距角增大，攻角减小，从而减小翼型的升力，达到控制风力机叶片的扭

直驱型风力发电系统概述

直驱型风力发电系统概述 1引言 随着风电机组单机容量的增大，双馈型风电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生；从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统将逐步在大型风电机组中占有更大比例，另外在传动系统中采用集成化设计和紧凑型结构是未来大型风电机组的发展趋势。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风 电机组越来越多地采用pmsg, pmsg不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流 电源，也不需要滑环碳刷，结构简单且技术可靠性高，对电网运行影响小。pmsg与全功率变流器结合可以显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击，保障风电并网 后的电网可靠性和安全性，与双馈型机组（变流器容量通常为1/3风电机组额定功率）相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易满足电网对风电并 网日益严格的要求［1-2］。 中国风电行业发展迅速，但与国际发展水平还有很大差距，目前主要依靠进口，对外依赖性强；基于pmsg和背靠背双pwm变流器的直驱型风电系统是一种发展很快的技术，具有优良的性能，国外大型风电厂商已有成熟的直驱风电产品，国内在理论研究与产品性能方面，都还亟需提高与改进，因此很有必要对其涉及的关键技术进行研究。 2直接驱动型风力发电系统介绍 图1是典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机（pmsg和 全功率背靠背双pwm变流器，无齿轮箱。pmsg通过全功率变流器直接与电网连接，通常极对数较多，低转速，大转矩，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，呈圆环状；由于省去了齿轮箱，从而简化了传动链，提高了系统效率，降低了机械噪声，减小了 维修量，提高了机组的寿命和运行可靠性；发电机通过变流器与电网隔离，因此其应对电网故障的能力更强，与dfig风电系统相比，更容易实现低电压穿越功能。 但是永磁材料目前的成本仍然较高；变流器容量较大，损耗较大，变流器的成本较高。理论上永磁体在高温时存在失磁的风险，但是近年来随着永磁材料性能的不断提高、价格的下降，pmsg+全功率变流器已经成为一种很有吸引力和应用前景的方案［3-4］。目前，zephyros, mitsubishi ，新疆金风等在市场上有这类产品。 电机侧丰换器 JtA jA J A d t L r__ZVYY^ 图1永磁直驱型变速恒频风力发电系统 针对图1的pmsg直驱型风电系统，还可以采用电励磁同步发电机（electrically excited synchronous generator ，eesc），通常在转子侧进行直流励磁。使用eesc 相比使用pmsg的优势在于，转子励磁电流可控，可以控制磁链在不同功率段获得最 电问

直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制

直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。 一、变速变桨距控制概述 1.基本控制要求 在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。 在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。 随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。 2.主动失速变桨距 在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。 尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动

直驱永磁同步发电机组在风电中的应用

直驱永磁同步发电机组在风电中的应用 摘要：随着世界各国对环保的不断重视，风能、水利、太阳能等都是最为常用的清洁能源逐渐成为世界各国的重点应用。其中，风能的利用最为简单，施工成本也较小，因此，充分利用风能成为研究热点。本文主要介绍了直驱永磁同步发电机组的基本构成及控制系统，并概述了其在风力发电系统的模型。 关键词：直驱；永磁同步发电；风力发电；应用 1 引言 直驱永磁同步风机风力发电系统的永磁同步发电机采取优化的电机结构，无需使用电刷和滑环使得电机转子在低速度运行状态下发电机仍然可以正常工作，其可以直接通过传动轴将发电机和风轮机直接耦合到轮毂上进而通过叶轮直接驱动发电，不需要额外使用齿轮箱使得发电系统的能量转换效率大大提升，使得发电效率进一步得到提升，由于没有使用齿轮箱，使得发电机的维护成本也大大降低，并且发电系统运行的噪音也很小。此外，永磁发电机的结构比励磁发电机的结构更适合做成多极低速结构，进而可以获得更小的电机转矩，也进一步缩小了电机的体积和质量，提升了发电效率。因此，直驱永磁同步电机系统成为大家的研究热点。 2 直驱永磁同步发电机概述 永磁同步发电机转子是由永磁材料制造而成，其不需要额外增加励磁绕组就可以完成励磁，这就使得永磁同步电机不存在额外的绕组损耗；此外，其可以直接通过传动轴将发电机和风轮机直接耦合到轮毂上进而通过叶轮直接驱动发电，不需要额外使用齿轮箱使得发电系统的能量转换效率大大提升，并且不需要为齿轮箱进行维护，大大降低了维护成本。直驱永磁同步风力发电系统主要包括桨距控制式风力机，其主要用于获取自然环境中风能；永磁同步发电机，其主要将获取的风能转换成电能；全功率变频器，其主要是对生产的电能进行变频处理，以方便进行后续传输；发电控制系统对发电机整个运行系统进行控制，发电机产生的电能通过发电机侧变频器整流后由电容存储再通过电网侧变频器将电能输送给外部电网，以供外部使用。当前风力发电系统主要朝着大型化和变速变桨矩趋势发展，变速恒频的发电技术也成为最为广泛使用的风力发电技术，采用这一该技术的风力发电机组中直驱式永磁同步发电机和双馈式感应异步发电机使用最为普遍。双馈发电机也存在不容忽视的缺点，主要表现在双馈电机的升速齿轮箱效率低、故障率高、维修难度都、运行成本高，其维护保养费用占整个风电设备成本的百分之二十左右。而直驱式永磁同步发电机不需要使用齿轮箱转自则通过永磁材料进行励磁，很好地解决了双馈发电机存在的难题。 3 直驱永磁同步风机风力发电系统模型概述 一般而言，主要在坐标系建立永磁风力发电机系统模型，该坐标系主要用于交流电机的模型建立。电机定子磁链与转子磁链相互吸引产生电机转矩。在对发电机的运行模型分析时，一般都将坐标系定位于转子磁链上，以保证磁链方向就是轴所在方向，轴则超前轴90度电角度，进而形成同步旋转的正交坐标系。接下来，基于dq坐标系将电机所有交流变量转化为直流量并投影于该坐标系的两个轴上，分别对两个轴上的分量进行针对性控制，就可以实现对电机的定子及转自磁链进行精确控制。此外，内转子永磁同步电机的转子磁场由不可控的永磁体产生，只能对定子磁场进行控制，进而控制电机电磁转矩。同步旋转坐标系中建立的永磁同步发电机组数学模型表示如下：

永磁同步风力发电系统控制研究

永磁同步风力发电系统控制研究 随着气候变化和环境保护意识的日益增强，可再生能源的研究与应用变得越来越重要。风能作为一种广泛分布且可再生的能源资源，被广泛应用于发电领域。在风能发电系统中，永磁同步发电机系统因其高效率、高性能和简洁结构而备受关注。为实现对永磁同步风力发电系统的控制，研究控制策略和算法变得至关重要。 永磁同步风力发电系统的控制是确保发电效率和系统稳定运行的关键。因此，研究人员们对于系统的控制策略进行了广泛研究，以提高发电系统的性能和可靠性。 首先，针对永磁同步发电机系统的控制，矢量控制是最常用和有效的控制策略之一。矢量控制通过监测永磁发电机的电流和转速，控制它们的大小和方向，以确保系统的稳定性和高效性。矢量控制策略采用PI控制器来实现闭环控制，根据当前状态进行动态调整，以使输出电压和转速保持在一个可接受的范围内。 其次，为了提高永磁同步发电机系统的效率和性能，一些高级控制算法被引入。例如，模糊控制策略能够根据设定的规则和输入参数来自适应地调整系统的控制策略。这种方法可以提高系统的鲁棒性和适应性，使其能够在不同的工况下具有良好的性能。 另外，基于神经网络的控制算法也被广泛应用于永磁同步风力发电系统的控制中。神经网络是一种模拟人类神经系统的计算模型，其具有自学习和适应性的能力。通过训练和优化神经网络模型，可以根据风能发电系统的输入和输出数据，实现系统的自动控制和优化。神经网络控制具有较高的灵活性和适应性，可以处理复杂的非线性系统。

此外，针对永磁同步风力发电系统控制中的低频振荡问题，一些控制策略也被提出。例如，采用模型参考自适应控制（MRAC）策略可以有效地抑制低频振荡，提高系统的稳定性和准确性。MRAC策略通过调整系统的控制参数，根据系统的数学模型来实现对系统的控制。 综上所述，永磁同步风力发电系统控制的研究是提高发电效率和系统性能的关键。矢量控制、模糊控制、神经网络控制和MRAC策略等多种控制策略和算法被应用于系统的控制中，以提高系统的鲁棒性和适应性。未来的研究将着重于进一步优化控制策略，提高发电系统的效率和可靠性。同时，还需要结合电网的要求，实现对发电系统的自适应调整和有源滤波控制，以实现可再生能源在电力系统中的大规模应用。

新型直驱式永磁风力发电系统的控制

新型直驱式永磁风力发电系统的控制 摘要：近年来，风力发电备受瞩目，大功率直驱式永磁同步发电机由于原理简单、技术成熟，在新能源领域应用前景广阔。其中直驱式永磁同步发电机更是由于其无刷和没有齿轮增速结构而越来越受到关注。本文对新型直驱式永磁风力发电系统的控制进行探讨。 关键词：直驱式永磁；风力发电；控制 一、矩阵变换器 1、工作原理 矩阵变换器在双向开关的基础上，应用脉宽调制方法，获取目标电压，可以产生交流或直流电压。三相－三相矩阵变换器采用9个双向开关，组成3x3调制矩阵，其电路拓扑结构如图1所示。矩阵变换器的输入侧在一般情况下为三相电压源，输出一般接三相感性负载。所以，由电压源和电流源的物理特性可知，矩阵变换器工作时，输入端不能短路，输出端不能开路。 2、调制策略 目前，矩阵变换器的调制策略主要包括直接传递函数法、间接空间矢量法、直接空间矢量法及双电压控制法等。笔者采用的间接空间矢量法是由RodriguezJ 于1983年提出的一种基于“虚拟直流环节”概念的控制方法。理论上，矩阵变换器可以等效成一个交－直变换器加一个直－交变换器，用脉宽调制技术分别对交－直变换器和直－交变换器进行调制，以此来传递能量。矩阵变换器输出线电压Uol空间矢量可以定义为: 输出电压矢量的合成原理如图2所示。任意时刻该空间矢量Uol可由两个相邻的非零开关矢量uα、uβ、(从u1～u6中选择)合成得到。 开关矢量的作用时间，即占空比分别为dα、dβ和dov，可由空间矢量调制原理和正弦定理取得: 其中，Tα、Tβ、Tov分别为uα、uβ和u0在一个采样周期中的作用时间;Ts为采样周期。矩阵变换器等效模型中，直－交变换器与交－直变换器的输入相电流空间矢量调制方法同理。对矩阵变换器的调制，实际上就是将上述两个调制过程有机结合。间接空间矢量法可以方便计算，降低控制电路的条件，并且不需要人为引入低频谐波，增加系统的谐波含量，这样矩阵变换器的电压利用率得以明显提高，并且可以随意控制输入电流的相位差。 二、系统控制策略 1、基本结构 直驱式永磁风力发电系统基本结构如图3所示。永磁同步发电机直接与风轮相连接，叶片将风能转化为永磁同步发电机转子的动能，再通过电磁感应在定子中产生电能，最后通过全功率电力电子器件———矩阵变换器变换后并入电网。 2、解耦控制策略 利用PARK变换，在三相静止坐标系中，将转子永磁体磁场方向定为d轴方向，得到两相同步旋转坐标系下永磁同步发电机的数学模型:

基于直驱式永磁同步风力发电机输出有功功率的控制

基于直驱式永磁同步风力发电机输出有功功率的控制 一、控制策略 1.基本原理 实现最大风能跟踪的要求是在风速变化时及时调整风力机转速，使其始终保持最佳叶尖速比运行，从而可保证系统运行于最佳功率曲线上。对风力机转速的控制可通过风力机变桨距调节，也可通过控制发电机输出功率进行调节。由于风力机变桨距调节系统结构复杂，调速精度受限，因此可通过控制发电机输出有功功率调节发电机的电磁转矩，进而调节发电机转速。 由永磁同步发电机的功率关系可知 式中P em 、P m 、P ——发电机电磁功率、风力机输出机械功率、机械损耗； P s 、P Cus 、P Fes ——发电机定子输出有功功率、定子铜耗、定子铁耗。 为实现最大风能跟踪控制，应根据风力机转速实时计算风力发电机输出的最 佳功率指令信号P opt ，令式（7-8）中P m =P opt ，由式（7-3）和式（7-8）可得到发 电机的最佳电磁功率和定子有功功率指令为 按照有功功率指令控制发电机输出的有功功率可使风力机按式（7-3）的规律实时捕获最大风能，从而实现发电机的最大风能跟踪控制。 2.电机侧变换器控制策略 采用永磁同步发电机和双PWM变换器构成发电系统，该系统由永磁同步发电机、电机侧变换器、直流侧电容和电网侧变换器构成。电机侧变换器的主要作用是控制发电机输出的有功功率以实现最大风能跟踪控制。由于直驱式永磁同步发电机多以低速运行，因此可采用多对极表贴式永磁同步发电机。目前针对该类电机常采用转子磁场定向的矢量控制技术，假设dq坐标系以同步速度旋转，且q 轴超前于d轴，将d轴定位于转子永磁体的磁链方向上，可得到电机的定子电压方程为

直驱式风力发电机组变桨系统控制

直驱式风力发电机组变桨系统控制 直驱式风力发电机组是风力发电机的一种，这里我们对直驱风力发电机组的变桨系统控制进行简单探讨。 1 直驱式风力发电机组简介 直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。无齿轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。 直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。其主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架等（如图 1.1所示）。

1.1直驱型风力发电机总体设计方案 直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下： （1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率； （2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率 （3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音； （4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本； （5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率； （6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿； （7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。 2 直驱风力发电机组变桨特性叙述 直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速。在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率。 对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们将对机组叶片上的气动性能进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组的性能影响 2.1 不同变桨角度下的特性 根据叶素理论，当一个叶素在流畅中运动时，叶素的上表面是负压力（吸力）；下表面是正压力。由于压力分布在叶素上而产生的载荷，可以用两个力（升力L 垂直于风向V；阻力D 平行于风向并与升力垂直）和一个力矩（俯仰力矩M）来表示。 对于变桨距风力机来说，调节变桨也同时意味着调节功角的大小。变桨距风力机的实际工作中，往往也通过轴承机构转动叶片来减小功角α，以此来减小CL，减小升力，扭矩和功率。 这里我们分析变桨距风机在不同变桨角度下的特性。 1．首先我们先举例一个风机的电机的功率曲线图。如图2.1 所示：

永磁同步风力发电系统控制技术综述

永磁同步风力发电系统控制技术综述 摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的电力企业发 展十分迅速，文章首先对永磁同步风力发电系统的变流拓扑进行了介绍，然后在 对其拓扑结构分析的基础之上对矢量控制技术和直接转矩控制技术应用于永磁同 步风力发电机进行了详细的分析。最后，指出了永磁同步风力发电系统控制技术 未来可能的研究重点和发展趋势。 关键词：风力发电;永磁同步风力发电机;控制技术 引言 随着科学技术的不断进步，人们开始意识到能源在促进人类社会不断发展中 的重要作用，伴随着飞速发展的社会经济，作为人类发展至今的主要能源的煤和 石油等已经面临着枯竭的状态。为了实现人类的可持续发展，人们开始研究新能 源和可再生能源的开发和利用。而风能以其自身独特的优势，在近年来新能源的 开发过程中得到广泛的关注。对风能的开发和利用过程中产生的直驱式永磁同步 风力发电系统给人们的生活带来了极大的便利，同时还减少了污染，因此对于直 驱式永磁同步风力发电系统的控制研究具有重大意义。 1风力发电机的控制方法 根据风力发电过程中发电机的运行特点、控制技术，可以将其分为变速变频 系统、恒速恒频系统、变速恒频系统三种。发电过程中，如果风力发电机与电网 并联，风电的频率与电网相同，电网的频率恒定，则风电的频率一也要保持不变，所以变速变频系统的应用范围比较窄。恒速恒频系统中，发电机通过笼型异频电 机进行并网运行，通常运行在电机机械特性曲线的稳定区，如果风速增加，风力 机传统发电机的机械功率也会增大，一旦转子速度大于同步转速，则会对异步发 电机的稳定性产生影响，从而发生飞车危险。并且，风力机的输出功率与风速的 三次方为正比关系，风速变化范围一定，由于风力机的功率因数在某个确定的风 速比下才能达到最大值，因此只有允许风力机变速运行才能更好的利用风能，而 恒速恒频系统风力机转速是保持恒定的，风速却不断变化，无法保证最大的功率 因数，因此恒速恒频系统的应用也不太广泛，现阶段应用最广泛的即为变速恒频 风力发电控制，下文做重点介绍。 2控制策略综述 2.1无传感器矢量控制 为了解决由于使用传感器所带来的系统可靠性降低等问题，不少学者提出了 永磁同步风力发电机无传感器控制技术。提出了一种在无位置传感器的情况下， 将矢量控制用于永磁同步风力发电机的控制方法。采用简化卡尔曼滤波器进行电 机转子位置和转速估计。该系统选取转子位置和转速作为状态变量，两相定子电 流作为输入，建立了基于简化卡尔曼滤波器的永磁同步发电机状态估计离散模型，实现了无位置传感器矢量控制。虽然这种方法在无位置传感器的前提下实现了永 磁同步风力发电系统最大功率追踪控制，但是运算量很大，且参数调试复杂。提 出的结构与所提出结构的不同之处在于在卡尔曼滤波器的基础上增加了锁相环功 能来对永磁同步发电机的速度和位置信息进行精准估计。在永磁同步风力发电机 无位置传感器矢量控制的基础上增加了滑模观测器，该方法使状态运动点在相平 面上进行微小变动，最终到达静态稳定点，当发电机参数变化时，它具有良好的 适应性能，可以在很大程度上提高发电系统的可靠性，但是算法较复杂。 2.2网侧PWM逆变器控制策略

直驱永磁风力发电机的控制策略研究

直驱永磁风力发电机的控制策略研究 导语：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时可以很好的通过追踪最正确叶尖速比来获取最大风能 1引言 目前，固然在整个风力发电系统中，双馈型风力发电系统仍占主流地位，但是直驱型发电机组凭借其固有的上风已经开场越来越受到关注［1］。直驱型风力发电系统采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发〔pmsg〕发电，然后通过功率变换电路将电能进展转换后并入电网，省去了传统双馈式风力发电系统中故障率较高的齿轮箱这一部件，系统效率大为进步，有效地抑制了噪声，进步了系统的运行可靠性，因此得到了市场青睐。 2直驱型风电机组变流器拓扑构造 低压系统中全功率变流器的两种拓扑构造最简形式如图1。 对于主动整流拓扑而言，三相电压型逆变器取代了不控整流和升压斩波单元，控制发电机负载转矩，进而实现对电机转

速的调节。这种拓扑构造采用双pwm〔pulsewidthmodulation〕全功率变流器，可以实现对发电机的高性能控制，也防止了不控整流和升压斩波两级构造给系统增加的复杂性，减少了发电机的铜耗和铁耗，并可调节发电机功率因数为1，具有较好的开展前景。鉴于电机侧变流器与电网侧变流器控制策略的侧重点各有不同，本文提出了电机侧变流器和电网侧变流器分开控制的控制方法〔系统控制框图如图2所示〕，可以实现对它的有效控制，进而产生高性能的动态特性。 3电机侧变流器控制策略 本文通过控制发电机组的转速来实现最大风能跟踪，使发电机转速能跟从不断变化的风速，从风中获取更多的能量：当风速在额定风速以下时，系统进展转速控制的目的是保证机组运行在最大风功率追踪状态下；当实际风速高于额定风速时，受机械强度、发电机容量和变频器容量等限制，必须降低风轮捕捉的能量，使功率保持在额定值附近，此时桨距角控制需要起作用，以保证机组保持在额定功率附近。 3.1额定风速以下风力机最大功率跟踪算法〔mppt〕 风机输出的功率大小会随着转速的变化而变化。对任意一个风速，都有一个最优转速使得功率最大。因此，风机控制的目的是要控制转速使风机始终运行在输出功率最大点。当桨