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1、直驱永磁同步风力发电机组建模与仿真作者：王旭峰 来源：科技视界2015年第1期王旭峰（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001）【摘要】本文针对兆瓦级的永磁直驱同步风电机组（D-PMSG）多运行于并网发电状态，在 DIgSILENT/PowerFactory仿真软件中搭建了基于双PWM全功率变流器的D-PMSG并网仿真模型; 阐述了系统的运行原理，对机侧和网侧的变流器的控制策略进行了详细的分析，该系统能够实 现风能最大功率追踪以及并网控制，仿真结果验证了所建模型的正确性和控制策略的可行性。【关键词】风力发电；永磁直驱同步发电机；双PWM变换器；并网； DIgSILENT/Power
2、Factory作者简介：王旭峰（1992.05），男，汉族，安徽天长人，硕士研究生，安徽理工大学电 气与信息工程学院，主要研究方向为风力发电并网。0引言目前，大规模风电场大多采用双馈异步发电机，但其存在很多缺陷。特别在低电压穿越能 力方面，因为双馈机的定子直接与电网相连，当电网发生故障或电压出现波动时会对发电机的 正常运行产生很大影响。永磁直驱同步风力发电机（permanent magnet synchronous genera tor, PMSG）因其没有故障率较高的齿轮传动，噪音小以及维护成本低等独特优势，已经 成为风力发电领域重要研究方向。直驱式永磁同步风电机组需经过全功率变流器才能接入
3、电网，目前应用最多的是“ AC-DC- AC ”变流方式，其中采用背靠背四象限电压源型变流器的联网方式由于控制灵活而越来越受到 重视。1永磁同步风电机组结构该直驱永磁风力系统主要采用双PWM背靠背方案，其结构如图1所示。却懿凤电疏鼬德團永磁同步发电机定子通过背靠背变流器和电网连接，能够实现网侧的独立控制，并把电网 不对称故障的影响最大限度的控制在网侧。机侧PWM变流器的主要作用是控制风力发电机的运行，并实现最大风能跟踪。网侧PWM变流器的主要作用是提供稳定的直流母线电压，并实现网 侧的单位功率因数控制。2双PWM变流器控制策略2.1机侧变流器控制策略机侧变流器将频率和幅值变化的交流电整流成恒定
4、直流，同时通过调节发电机定子电流的 d、q轴分量，进而控制发电机的电磁转矩来完成最大风能捕获。本文采用定子电压定向的定子 电流控制方法，取同步旋转坐标系的d轴方向为定子电压矢量的方向，则同龌转里麻曲側方炳苗蛾鶏舸傀鮒沪：，叮rig 用 I I Hj al. n- Il r |LF h逊 fl:J 半 1* F.甲IM止助业 at 崔点乍r d 叩.広子frt d 冲r孔“r h勺帕ed*卜ht卄iT tw Fir M Mr , ri削L來M匾内M-冶肘丨I.击；企*1 wrn勺 rf ir 4*1 lllffc Ed： J tlJiiL I f ri门 何刊 9l 应沖艸釧trf Ik 於-
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7、+：卜 竹尢寸吧 皆即|为山3仿真分析根据上述理论分析，建立仿真模型，仿真参数：额定功率1.5MW，额定电压0.69kV，额定 转速18r/min,极对数32,定子电阻0.0001p.u，直流电容30000 UF，直流电压25kV，机侧变 流器开关频率2kHz,网侧变流器开关频率0.5kHz,风机数量40台，总容量60MW。该系统共有4个发电单元，每单元出口电压是690V，然后分别经过一个额定容量为20MVA 的机侧PMW变流器，将幅值、频率变化的交流电整流为25kV直流电。其中两个单元经过10km 直流输电电缆，另外两个单元经过5km直流输电电缆然后共同连接至一个额定容量为65MVA的 网侧
8、PWM变流器，将25kV直流电逆变为频率50Hz的690V交流电。再通过额定容量为65MVA， 额定电压分别为0.69kV/20kV和20kV/110kV的两个升压变压器，将电能接入110kV的无穷大电 网。仿真结果如图2所示。(a) 发电机有功功率给定值与实际值比较波形图(b) 网侧无功功率给定值与实际值比较波形图(c) 直流母线电压给定值与实际值比较波形图(d) 电网高电压等级的相电压波形图： J:.乜N苔电朋背3 tfl S 菽宅田C-P虹机丑功血裂疋比吃 J.P 只* H- I.冲 i- * !*arl.*+ 嬉 rt-l 阿由图2(a)可见，经历1.159s左右的启动阶段后，单台发电
9、机的有功功率能够达到额定功 率1.5MW并保持稳定。说明在风电场启动之后，机侧变流器能够控制发电机输出有功功率以实 现最佳风能跟踪。由图2(b)可见，在0.74s左右网侧变流器能够实现单位功率因数并网运行； 由图2(c)可见，该网侧变流器可以有效维持直流母线电压稳定在25kV；由图2(d)可见，在 1.159s时电网高压侧的相电压与给定值相等并且保持稳定，是63.51kV。说明本文采用的网侧 变流器控制策略能够维持直流母线电压稳定，同时通过电流解耦控制可以满足有功和无功功率 的单独控制。4结语本文分析研究了永磁直驱风力发电系统的工作原理，根据机侧和网侧变流器的控制目标设 计了全功率变流器的控制
10、策略。在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台中建立了完整的基于双 PWM变流器并网的永磁直驱风电系统仿真模型，仿真结果表明系统能很好的跟踪参考值，实现 最大风能跟踪以及并网有功和无功的独立控制，验证了该发电场并网技术的可行性。【参考文献】1 李杰.直驱式风力发电变流系统拓扑及控制策略研究D.上海:上海大学,2009:23-25.2 王涛.永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真J.河北大学学报,2011(11):648-652.3 Liserre M, Cardenas R, Molinas M, et al. Overview of Multi-MW windt urbines and wind parksJ. IEEE Trans. on Indus trial Elec tronics, 2011, 58(4): 1081-1095.责任编辑：杨玉洁
