基于SVPWM控制的双三电平变换器的直驱永磁同步风电系统研究

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基于SVPWM控制的双三电平变换器的直驱永磁同步风电系统研究

作者：王滨臣

来源：《报刊荟萃（上）》2018年第06期

摘 要：永磁同步电机（PMSG）直接和风力机相连接，而电能通过全控的交—直—交变换器和电网相连接。功率转换电路由发电机侧的三电平变换器、直流电路和网侧的三电平变换器三部分共同构成。基于永磁同步电机的最大风能捕获控制系统，空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）和转子磁链定向矢量控制策略被应用于实现有功和无功功率的控制。本研究完成了相关的仿真和试验，于文中给出了诸如三相电流、直轴交轴电流的波形，均证明了本文提出的控制算法的可行性和有效性。

关键词：空间矢量脉宽调制；风力发电系统；三电平变换器；全控；控制策略

永磁直驱同步发电机（PMSG）被广泛应用于风力发电系统，功率变换器则是电能向电网输出功率系统中的重要部分。双电平变换器通常被用于传统的风电系统。随着对供电量和供电质量需求的提升，基于多电平变换器的高功率变换器的拓扑结构之研究也引起了人们的高度重视。

对直驱风电系统的研究有效地提高了电力系统的效率和可靠性。直驱风电成为国际上相关领域研究的热点。通过文献研究发现，基于双电平变换器的直驱风电系统得到广泛研究，并且提出将三电平变换器应用于该系统，但这也仅限于研究了变换器本身，并没有涉及到该系统的控制问题。本研究针对永磁同步电机使用的是空间矢量脉宽调制（SVPWM）和转子磁链控制策略，而且将转速作为外环而电流作为内环，共同构建了双回路控制系统。 一、风力机的基本特性

风力机是风电系统的关键部分之一。根据其空气动力学特征，风力机的输出功率可通过计算得出。

功率系数Cp也叫作风能利用系数，它与风速、叶片速度、叶片直径和桨叶角都有直接的相关性。可以看出，当叶尖速比比最优叶尖速比大或小时，风能利用系数都会偏离最大风能利用系数，造成单位效率的下降。同时，Cp的数值在桨叶角变大时显著下降。

根据上述分析，风机的输出功率和转速在不同风速下产生变化。在不同风速下，功率—转速曲线可以得到。连接不同风速下最大功率点形成的是风力机的最大功率曲线Popt。当风力机运行在最大功率曲线上的时候，就会产生最大的功率。