李庆　艾艳波　陈康博

【摘要】伴随着世界经济的不断发展，给能源和生态造成了巨大的压力。近年来，随着人们思想意识的不断提高，人们开始开发新的可替代能源。在一系列新能源的开发过程中，风能以其较大的规模和快速的发展速度引起了人们的瞩目。随着风能的不断开发，出现了多个靠风力来进行发电的系统，而在这些系统当中，最具特点和效率最高的是直驱式永磁同步风力发电系统。采用直驱式永磁同步风力发电系统给人们带来了更高的效率，其自身拥有简单的结构和较大的可靠性，对直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究越来越受到重视。

【关键词】直驱式风力发电；民族文化传承；作用

前言

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。

一、直驱式永磁同步风力发电系统

（一）原理。作为变速恒频变桨风力发电系统的一个种类的直驱式永磁同步风力发电系统，英文缩写为PMSG，人们在对其进行空过程中所采用的方案基本上与双馈异步风力发电系统相同，但是却较之具有更简单的构造和更高的效率以及更具有可靠性，而且在直驱式永磁同步风力发电系统内部是直接将发电机与风力机进行连接的，而增速齿轮箱这一部分直接进行了删减。在直驱式永磁同步风力发电系统当中，于电网相连的发电机组是经由电力电子功率变换器发生的，由风力发电机送出的电能是非常不稳定的，不能够工人们生产和生活正常使用，因此直驱式永磁同步风力发电系统将这个不稳定的电能经过一系列转换，使其能够产生交流电，而这个交流电与电网拥有相同频率和幅值的，这样一来这个不稳定的电能就能够直接进入电网[1]。

（二）优点。首先，增速齿轮箱的省略，在其他风力发电系统当中都存在这增速齿轮箱，在发电系统运行过程中经常会出现漏油的现象，同时由于增速齿轮箱自身的原因还很容易造成其他仪器发生问题，维护频率针对发电系统而言是非常重要的，而增速齿轮箱的省略使该频率得到了保障，使较高的可靠性在系统运行过程中得以体现；其次，提高了系统效率。在直驱式永磁同步风力发电系统当中是没有励磁装置的，这在一定程度上使发电的效率得到了提升，使风速在切入系统的过程中大大降低，从而也就使系统的运行覆盖面得以增加，对风能的有效利用率得以加强；再次，良好的电网接入功能。在直驱式永磁同步风力发电系统中与电网进行连接的发电机是经由电力电子功率变换器来进行的，这就使电网和发电机之间的干扰降低，在发生故障是能够互不干扰，使穿透能力在低电压中得以提升[2]。

二、直驱式永磁同步风力发电系统控制

（一）永磁同步电机的控制。在对永磁同步发电机进行有效控制的过程中，以两方面的策略为主，第一，id=0控制策略，首先将三相定子电流合并为一个单位，并在q轴上定向，此时假设转子磁链是永恒不变的，没有去磁效应的产生，并且定子电流同电磁转矩为线性的联系。这是一种能够简单化电机转矩控制的方法，然而在id=0的时候，不是永恒不变的机端功率的因数，功率因数的下降会因负载电流的增长而逐渐减少；第二，恒定气隙磁链控制策略，它的重要优势在于能够保证气隙磁场的永久不变状态，使功率因数始终保持较高的值，但是当id≠0时，这一策略将导致去磁效应的产生。

（一）机侧PWM交流器控制策略。永磁同步发电机的转动速度主要是由机侧PWM交流器来进行控制的，它能够促进风機之上的叶尖速比处于最好的状态，使最大功率得以充分观察和控制，将发电机转速进行有效的掌控要经过对发电机定子电流的相位和幅值进行掌控[3]。

（二）网侧PWM逆变器控制策略。网侧PWM逆变器控制的目的是将直流电转换成交流电，具体是为了得到同相位和幅值的电网的交流电要使机侧变流器整流而来的直流电进行转换，而此时，必须要确保稳定的是直流母线电压。对直流母线下达的电压命令要达到一定数值，来保证充足的反向截止电压能够供给给开关。电网电压的矢量顶箱操控是网侧年便器所应用的策略，在d轴上使网侧电压矢量进行定向，单位功率因数形式处于正常的工作状态下，只有有功功率得到了输出；当故障造成电网停止运作时，要使无功电流命令得到转变，逆变器有功和无功的多少进行调整[4]。

（三）变桨距控制基本原理。如果风速超出了规定的数值，要想达到对自然风被风力机所吸取的能力的有效控制的目的，要使安全贯穿到风电系统当中，变桨距控制模式应该在风机中启动。变桨的意思是使桨距角的大小在风力机叶片得到有效控制的情况下进行转变，以此来转变叶片的启动特性，这样做的目的是在风速较高时将风机输出功率保持在规定的功率数额左右。在当前的状况下，三桨叶独立变桨结构是被兆瓦级风电机组普遍运用的，机组输出功率、风速和发电机转速都是控制桨距角的量。

结论

在对直驱式永磁同步风力发电系统进行研究的过程中，能够通过各种有效控制研究方法使其得到较好的应用价值。在当今世界经济飞速发展的状态下，加强对新能源的有效开发和利用具有历史性的价值。同时还能够转变传统的能源给世界环境和生态造成的严重损害现象，实现世界经济的可持续发展。在进行新能源开发的过程中，直驱式永磁同步风力发电系统的开发和使用，以其自身独特的特点得到了广泛的认可和支持，在这种情况下，对直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究意义重大。本文通过对直驱式永磁同步风力发电系统控制的研究，对今后工作中该系统的使用具有重要价值。

参考文献

[1]束成.直驱式永磁同步风力发电系统控制研究[D].南京理工大学，2014.

[2]张义.直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究[D].天津大学，2007.

[3]赵仁德，王永军，张加胜.直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制[J].中国电机工程学报，2009，27：106-111.

[4]李源.永磁同步风力发电系统并网控制研究[D].北方工业大学，2013.