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[摘 要]随着社会和经济的持续发展，人们对能源的需求不断增长导致传统的化石燃料越来越紧缺，而风能作为一种清洁的可再生能源，受到了很多国家的青睐。永磁直驱风力发电机组能量转换效率高、可靠性强以及控制灵活，已经成为当今风力发电技术的研究热点。目前我国的大功率直驱风力发电并网变流器很大部分还依赖于进口，尤其是对变流器的控制还不成熟，因而对其研究也至关重要。
[关键词]永磁直驱，风力发电机，控制策略
中图分类号：TM315 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）42-0179-01
[Abstract]With the sustainable development of the society and economy，the demand for the energy is growing rapidly which result in an increasing shortage of the traditional fossil fuels.Wind energy，as a clean renewable energy，has been popular in many countries. Permanent magnet direct-driven wind turbine as become the research hotspot because of high conversion efficiency， reliability and flexible control.We are still depends on import for the power converter，especially for the control of it which makes it more important to study.
[Key words]direct-drive permanent generator，wind turbine，control strategy
一、前言
风能作为一种清洁的可再生能源而备受青睐。据统计自1990年以来，风力发电技术得到了飞速发展。全球风力发电累计装机容量平均每年增长超过20%。至2020年，全球风力发电装机容量将达到l200GW，风力发电量将占发电总量的l2%。目前风力发电已经从独立发电系统到可以并网系统，大规模风力发电系统的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。
永磁电机由于具有效率高、免维护等优点，加上与全功率变流器组合后对电网优越的动态调节特性，近10年来被越来越多地应用于大功率、并网型风力发电机组。文献[1]介绍了永磁直驱风电机组的优点：PMSG系统无需齿轮箱、机械损耗小、维护简单，输出的有功、无功功率可调，在低风速情况下仍可高效发电，并且在电压跌落时，可以只在网侧逆变器和直流侧采取应对措施，而不会影响到电机侧整流器以及电机系统的正常运行。文献[2]表明了直驱式风电机组的缺点：系统需要全功率变流器，即变流器的容量为系统额定容量，这就限制了直驱式风电系统的发展。
二、国内外研究现状
1.永磁直驱风电机组控制策略的重要性
永磁发电机难以调节磁场来控制其电压和功率因数。采用整流和逆变实现并网。目前变流器采用可控整流，改变载荷电流时空关系和转速来调整机组需要的电压及功率因数。系统采用风轮机直接驱动多极低速永磁同步发电机，通过功率变换电路将电能转换后并入电网，系统效率大为提高，有效地抵制了噪声，直驱式风力发电机的控制策略及运行特性逐步成为研究的热点问题。
2.永磁风电机组的控制模式
文献[3]总结永磁直驱风力发电系统变流器主要有两种形式，一种是主动整流，即网侧变流器和机侧变流器均可控。另一种则是机侧变流器部分采用不可控整流，称为被动整流。随着电力电子技术的发展，电力电子变换装置的结构已经逐渐由不可控整流加Boost升压变流器再接并网逆变器结构转变为双PWM变流器结构，永磁同步发电机经双PWM全功率变流器与电网相连，通过调节和控制d轴和q轴电流，实现有功和无功的解耦控制，控制发电机流向电网的有功功率和无功功率。
永磁同步发电机的电流控制策略常用的有id=0控制策略、单位功率因数控制策略、最大转矩电路比控制策略、最小损耗控制策略、弱磁控制策略等。文献[4]根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略，分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理，建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型，建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。
3.故障下永磁直驱风电机组的控制策略
随着风力发电场规模不断扩大，风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。为了使风力发电机组在电网电压瞬间跌落时仍能保持并网，要求风力发电机组具有一定的低电压运行能力[5]。文献[6]分析了直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性，对电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时风电场的暂态过程进行仿真分析。文献[7]分析了电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统直流母线电压波动机理，研究了适用于该类型风电系统低电压穿越增强运行控制策略。文献[8]针对电网电压对称跌落时低电压穿越能力的问题，在网侧控制中提出使用电机侧与电网侧的功率差信号来稳定直流侧电压，并根据电压跌落深度控制无功和有功功率的输出大小，构成功率外环与电流内环双环控制系统。文献[9]提出低电压保护技术的一种发展方向，通过合适的控制策略而不是硬件电路的方式提高系统低电压穿越能力，并提出网侧变流器使用改进型负载前馈控制策略，提升系统能量转移能力。
三、总结
在查阅大量文献的情况下，永磁直驱型风电系统在拓扑结构、成本、经济效益以及应对电网故障等方面均具有很多独特的优势。控制策略在永磁直驱风电机组并网中起了巨大的作用。为了使风力发电机组在电网电压瞬间跌落时仍能保持并网，可以通过合适的控制策略而不是硬件电路的方式减小对电网的冲击。对永磁直驱风力发电机组的控制策略的研究是非要有必要的。
参考文献
[1] Peter Ja Mieson.Getting out of gear and into magnets[J].Windpower monthly，2008（11）：59-67.
[2] 李晶，宋家哗，王伟胜.大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[J].电机工程学报，2004，26（6）：100-105.
[3] 王仲勋.兆瓦级永磁直驱风力发电系统的控制研究[D].江苏：江南大学，2011.
[4] 刘景利，张友鹏，高锋阳，董唯光.永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究[J].电源技术，2012，36（4）：554-557.
[5] 李建林，许洪华，胡书举.风力发电系统低电压运行技术[M].北京：机械工业出版社，2008
[6] 胡书举，李建林，许洪华.永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析[J].电力系统自动化，2007，31（17）：73-77.
[7] 张友鹏，郭瑾，高锋阳，董唯光.永磁风电系统网侧变流器低电压穿越控制策略[J].电源技术，2012，36（12）：1883-1886
[8] 李少林，李庆，谭理华.电网电压跌落时风机变流器功率平衡控制策略[J].电网技术，201l，35（6）：149-154.
作者简介
邓雁敏、1992年05月11日、华北电力大学机械工程系在读研究生、在线监测与故障诊断。
[关键词]永磁直驱，风力发电机，控制策略
中图分类号：TM315 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）42-0179-01
[Abstract]With the sustainable development of the society and economy，the demand for the energy is growing rapidly which result in an increasing shortage of the traditional fossil fuels.Wind energy，as a clean renewable energy，has been popular in many countries. Permanent magnet direct-driven wind turbine as become the research hotspot because of high conversion efficiency， reliability and flexible control.We are still depends on import for the power converter，especially for the control of it which makes it more important to study.
[Key words]direct-drive permanent generator，wind turbine，control strategy
一、前言
风能作为一种清洁的可再生能源而备受青睐。据统计自1990年以来，风力发电技术得到了飞速发展。全球风力发电累计装机容量平均每年增长超过20%。至2020年，全球风力发电装机容量将达到l200GW，风力发电量将占发电总量的l2%。目前风力发电已经从独立发电系统到可以并网系统，大规模风力发电系统的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。
永磁电机由于具有效率高、免维护等优点，加上与全功率变流器组合后对电网优越的动态调节特性，近10年来被越来越多地应用于大功率、并网型风力发电机组。文献[1]介绍了永磁直驱风电机组的优点：PMSG系统无需齿轮箱、机械损耗小、维护简单，输出的有功、无功功率可调，在低风速情况下仍可高效发电，并且在电压跌落时，可以只在网侧逆变器和直流侧采取应对措施，而不会影响到电机侧整流器以及电机系统的正常运行。文献[2]表明了直驱式风电机组的缺点：系统需要全功率变流器，即变流器的容量为系统额定容量，这就限制了直驱式风电系统的发展。
二、国内外研究现状
1.永磁直驱风电机组控制策略的重要性
永磁发电机难以调节磁场来控制其电压和功率因数。采用整流和逆变实现并网。目前变流器采用可控整流，改变载荷电流时空关系和转速来调整机组需要的电压及功率因数。系统采用风轮机直接驱动多极低速永磁同步发电机，通过功率变换电路将电能转换后并入电网，系统效率大为提高，有效地抵制了噪声，直驱式风力发电机的控制策略及运行特性逐步成为研究的热点问题。
2.永磁风电机组的控制模式
文献[3]总结永磁直驱风力发电系统变流器主要有两种形式，一种是主动整流，即网侧变流器和机侧变流器均可控。另一种则是机侧变流器部分采用不可控整流，称为被动整流。随着电力电子技术的发展，电力电子变换装置的结构已经逐渐由不可控整流加Boost升压变流器再接并网逆变器结构转变为双PWM变流器结构，永磁同步发电机经双PWM全功率变流器与电网相连，通过调节和控制d轴和q轴电流，实现有功和无功的解耦控制，控制发电机流向电网的有功功率和无功功率。
永磁同步发电机的电流控制策略常用的有id=0控制策略、单位功率因数控制策略、最大转矩电路比控制策略、最小损耗控制策略、弱磁控制策略等。文献[4]根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略，分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理，建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型，建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。
3.故障下永磁直驱风电机组的控制策略
随着风力发电场规模不断扩大，风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。为了使风力发电机组在电网电压瞬间跌落时仍能保持并网，要求风力发电机组具有一定的低电压运行能力[5]。文献[6]分析了直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性，对电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时风电场的暂态过程进行仿真分析。文献[7]分析了电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统直流母线电压波动机理，研究了适用于该类型风电系统低电压穿越增强运行控制策略。文献[8]针对电网电压对称跌落时低电压穿越能力的问题，在网侧控制中提出使用电机侧与电网侧的功率差信号来稳定直流侧电压，并根据电压跌落深度控制无功和有功功率的输出大小，构成功率外环与电流内环双环控制系统。文献[9]提出低电压保护技术的一种发展方向，通过合适的控制策略而不是硬件电路的方式提高系统低电压穿越能力，并提出网侧变流器使用改进型负载前馈控制策略，提升系统能量转移能力。
三、总结
在查阅大量文献的情况下，永磁直驱型风电系统在拓扑结构、成本、经济效益以及应对电网故障等方面均具有很多独特的优势。控制策略在永磁直驱风电机组并网中起了巨大的作用。为了使风力发电机组在电网电压瞬间跌落时仍能保持并网，可以通过合适的控制策略而不是硬件电路的方式减小对电网的冲击。对永磁直驱风力发电机组的控制策略的研究是非要有必要的。
参考文献
[1] Peter Ja Mieson.Getting out of gear and into magnets[J].Windpower monthly，2008（11）：59-67.
[2] 李晶，宋家哗，王伟胜.大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[J].电机工程学报，2004，26（6）：100-105.
[3] 王仲勋.兆瓦级永磁直驱风力发电系统的控制研究[D].江苏：江南大学，2011.
[4] 刘景利，张友鹏，高锋阳，董唯光.永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究[J].电源技术，2012，36（4）：554-557.
[5] 李建林，许洪华，胡书举.风力发电系统低电压运行技术[M].北京：机械工业出版社，2008
[6] 胡书举，李建林，许洪华.永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析[J].电力系统自动化，2007，31（17）：73-77.
[7] 张友鹏，郭瑾，高锋阳，董唯光.永磁风电系统网侧变流器低电压穿越控制策略[J].电源技术，2012，36（12）：1883-1886
[8] 李少林，李庆，谭理华.电网电压跌落时风机变流器功率平衡控制策略[J].电网技术，201l，35（6）：149-154.
作者简介
邓雁敏、1992年05月11日、华北电力大学机械工程系在读研究生、在线监测与故障诊断。