低并網(wǎng)電流諧波的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究

　　摘 要：基于直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于其效率高，結(jié)構(gòu)簡單，成為了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究熱點(diǎn)。本文對基于雙PWM 并網(wǎng)變流器的永磁同步發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了建模、分析并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略，為了減少并網(wǎng)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(wǎng)電流控制策略。最后對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)有效性和比例多諧振電流控制器在并網(wǎng)電流控制上的優(yōu)越性。
　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電，永磁直驅(qū)，并網(wǎng)諧波抑制，多諧振控制器
　　1.引言
　　風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的、可再生的新能源發(fā)電技術(shù)，受到了越來越多的重視。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電相對于定轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電而言具有更高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和并網(wǎng)電能質(zhì)量，但是會(huì)受到高故障率和高維修成本的齒輪箱的困擾。永磁直驅(qū)同步發(fā)電由于其較高的能量轉(zhuǎn)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(dāng)前風(fēng)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)[1]。
　　永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)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(zhuǎn)矩分量，因此永磁同步電機(jī)能夠工作在更高的功率因素下,減少了變流器容量。在直驅(qū)永磁發(fā)電系統(tǒng)中，一種較常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是通過雙PWM 變流器連接到電網(wǎng)，從而能對系統(tǒng)的全部并網(wǎng)功率進(jìn)行控制，隨著風(fēng)力發(fā)電所占比例越來越大，考慮到風(fēng)力機(jī)組低壓跨失的能力，基于全功率變換器的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電相對于雙饋風(fēng)力發(fā)電將越來越受歡迎。永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能不僅取決于永磁電機(jī)，而且取決于永磁同步發(fā)電系統(tǒng)的控制，相關(guān)文獻(xiàn)[2]-[5]對永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　在文獻(xiàn)[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(fā)電機(jī)控制策略，在這種控制方案中，電機(jī)側(cè)的功率因素較低，諧波電流大，極大地影響發(fā)電機(jī)的效率，同時(shí)諧波電流將引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及機(jī)械磨損，降低了電機(jī)的壽命。在文獻(xiàn)[4]中，提出了基于PI控制器的永磁直驅(qū)電機(jī)雙PWM 控制策略，但未對變速恒頻發(fā)電中比較重要的MPPT 算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[5]對單相并網(wǎng)逆變器的PR控制策略進(jìn)行了研究，研究表明PR 控制器相對于傳統(tǒng)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(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方案，對其機(jī)、網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行建模并提出相應(yīng)的控制策略。對于并網(wǎng)電流諧波抑制問題，提出一種比例多諧振控制器的并網(wǎng)電流控制方案，同時(shí)簡單介紹了模擬風(fēng)機(jī)部分的實(shí)現(xiàn)方案，最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　2.永磁直驅(qū)發(fā)電系統(tǒng)的分析及控制