低并網電流諧波的直驅永磁風力發電系統研究

　　摘 要：基于直驅永磁同步發電機(PMSG)的變速恒頻風力發電系統由于其效率高，結構簡單，成為了風力發電技術的發展趨勢和研究熱點。本文對基于雙PWM 并網變流器的永磁同步發電系統進行了建模、分析并設計了相應的控制策略，為了減少并網電流的諧波含量，本文提出了基于比例多諧振控制器的并網電流控制策略。最后對風力發電系統進行了仿真，并搭建了實驗平臺。仿真和實驗結果驗證了所提出的風力發電控制系統有效性和比例多諧振電流控制器在并網電流控制上的優越性。
　　關鍵詞：風力發電，永磁直驅，并網諧波抑制，多諧振控制器
　　1.引言
　　風力發電作為一種清潔的、可再生的新能源發電技術，受到了越來越多的重視。變速恒頻風力發電相對于定轉速風力發電而言具有更高的風能轉換效率和并網電能質量，但是會受到高故障率和高維修成本的齒輪箱的困擾。永磁直驅同步發電由于其較高的能量轉換效率和可靠性，以及省去了故障率高的升速齒輪箱而成為當前風電技術研究的熱點[1]。
　　永磁同步電機在轉子側采用永磁材料，能提供恒定的氣隙磁場，定子電流僅需要提供轉矩分量，因此永磁同步電機能夠工作在更高的功率因素下,減少了變流器容量。在直驅永磁發電系統中，一種較常見的拓撲結構是通過雙PWM 變流器連接到電網，從而能對系統的全部并網功率進行控制，隨著風力發電所占比例越來越大，考慮到風力機組低壓跨失的能力，基于全功率變換器的直驅永磁風力發電相對于雙饋風力發電將越來越受歡迎。永磁風力發電系統的性能不僅取決于永磁電機，而且取決于永磁同步發電系統的控制，相關文獻[2]-[5]對永磁直驅風力發電技術進行了研究。
　　在文獻[3]中，提出了一種通過二極管整流加斬波電路的永磁同步發電機控制策略，在這種控制方案中，電機側的功率因素較低，諧波電流大，極大地影響發電機的效率，同時諧波電流將引起電機的轉矩波動及機械磨損，降低了電機的壽命。在文獻[4]中，提出了基于PI控制器的永磁直驅電機雙PWM 控制策略，但未對變速恒頻發電中比較重要的MPPT 算法進行實驗研究。文獻[5]對單相并網逆變器的PR控制策略進行了研究，研究表明PR 控制器相對于傳統PI 控制器相比具有更好的抗擾性能。本文提出一種永磁直驅風力發電系統的控制方案，對其機、網側變流器進行建模并提出相應的控制策略。對于并網電流諧波抑制問題，提出一種比例多諧振控制器的并網電流控制方案，同時簡單介紹了模擬風機部分的實現方案，最后搭建實驗平臺，對整個風力發電系統進行了實驗驗證。
　　2.永磁直驅發電系統的分析及控制