霍現(xiàn)旭，胡書(shū)舉，呂佃順，許洪華

(1．中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京100190;2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049;3．中國(guó)科學(xué)院風(fēng)能利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190;4．北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司，北京100083)

永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)弱磁控制研究

霍現(xiàn)旭1，2，3，胡書(shū)舉1，3，呂佃順4，許洪華1，3

(1．中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京100190;2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049;3．中國(guó)科學(xué)院風(fēng)能利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190;4．北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司，北京100083)

永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，機(jī)側(cè)變流器輸出電壓受直流母線電壓限制。在對(duì)最大風(fēng)能捕獲曲線進(jìn)行跟蹤過(guò)程中，當(dāng)機(jī)側(cè)變流器參考輸出電壓超過(guò)直流母線電壓限幅值后，需要進(jìn)行弱磁控制。弱磁控制可以采用開(kāi)環(huán)弱磁和閉環(huán)弱磁，其中開(kāi)環(huán)弱磁控制通過(guò)判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)折速度的關(guān)系進(jìn)行投切，閉環(huán)控制利用參考電壓與直流母線電壓反饋值進(jìn)行控制。文章對(duì)兩種方式進(jìn)行了原理分析和對(duì)比，對(duì)比分析結(jié)果表明:相對(duì)于開(kāi)環(huán)弱磁控制，閉環(huán)弱磁控制對(duì)電機(jī)參數(shù)依賴(lài)性小，數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)容易，穩(wěn)態(tài)條件精度更高，應(yīng)用更具有普遍性。在Matlab環(huán)境和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上分別對(duì)兩種方案進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果很好地吻合了理論分析的結(jié)論。

永磁直驅(qū);風(fēng)力發(fā)電;弱磁控制;電機(jī)參數(shù)

1 引言

近年來(lái)隨著直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究的不斷深入，其關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟，在工業(yè)中已經(jīng)進(jìn)入大功率應(yīng)用時(shí)代。為保證系統(tǒng)以最大發(fā)電功率運(yùn)行，發(fā)電機(jī)速度在轉(zhuǎn)折速度以下時(shí)，機(jī)側(cè)變流器一般采用最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制以保證發(fā)電機(jī)的銅耗最小，減低變流器的電流容量。當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)轉(zhuǎn)折速度時(shí)，由于母線電壓的限制，必須采用弱磁控制(FW)，在弱磁控制方式下再確定合適的電流控制方案，使得發(fā)電機(jī)輸出功率跟隨風(fēng)機(jī)的最佳功率曲線(MPPT)運(yùn)行。

傳統(tǒng)的弱磁控制方案一般采用開(kāi)環(huán)弱磁控制［1-5］。文獻(xiàn)［2］中在轉(zhuǎn)折速度以上采用開(kāi)環(huán)弱磁控制，根據(jù)電機(jī)方程、最大輸出電壓和轉(zhuǎn)矩參考值計(jì)算出在開(kāi)環(huán)弱磁條件下的交直軸電流值。文獻(xiàn)［3］在電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電機(jī)中利用開(kāi)環(huán)弱磁控制實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)高速運(yùn)行。文獻(xiàn)［4］通過(guò)實(shí)時(shí)修正電流參考值進(jìn)行弱磁控制，屬于開(kāi)環(huán)弱磁控制。開(kāi)環(huán)控制嚴(yán)格依賴(lài)電機(jī)參數(shù)，按照電機(jī)在冷態(tài)下計(jì)算得到的交直軸電流往往不能滿足電機(jī)的實(shí)際需求;開(kāi)環(huán)弱磁控制需要在不同的速度下解一組超越方程，在控制芯片DSP中實(shí)現(xiàn)困難，通常需要離線并計(jì)算存入DSP內(nèi)存中以供查閱，這樣增加了計(jì)算量，并且對(duì)所有電機(jī)不具有通用性［5］。

文獻(xiàn)［6，7］利用一種閉環(huán)弱磁控制實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)的弱磁控制。文獻(xiàn)［8］對(duì)異步電機(jī)弱磁控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。閉環(huán)弱磁環(huán)節(jié)利用電機(jī)定子參考電壓和直流母線反饋值進(jìn)行閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，通過(guò)閾值函數(shù)進(jìn)行弱磁控制投切。其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并對(duì)電機(jī)具有普遍適用性。

本文分別對(duì)兩種弱磁控制進(jìn)行了原理分析，對(duì)比了其性能優(yōu)劣，并在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 永磁同步電機(jī)弱磁控制

2.1 弱磁條件分析

在不同的風(fēng)速條件下，發(fā)電機(jī)的輸出功率按照風(fēng)力機(jī)的最佳功率曲線運(yùn)行，以保持風(fēng)能利用系數(shù)最大［9］。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向條件下，按照電動(dòng)機(jī)定向慣例，采用等幅值變換，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步發(fā)電機(jī)的電壓方程為:

功率方程為:

式中，ud、uq分別為定子電壓在dq軸上的分量;id、iq為定子電流在dq軸上的分量;Rs為定子電阻;Ld、Lq分別為定子的dq軸電感;Ω為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度;ωr為轉(zhuǎn)子電角速度;ψf為永磁體基波勵(lì)磁磁鏈;Te和Pe分別為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電磁功率。

忽略電機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程，穩(wěn)態(tài)時(shí)定子電壓幅值可以表示為:

在直驅(qū)永磁風(fēng)電系統(tǒng)中，直流母線的電壓由網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制，一般為恒定值。采用SVPWM調(diào)制時(shí)，受直流母線電壓限制，機(jī)側(cè)變流器輸出電壓的基波分量峰值為:

綜合式(2)～式(4)可以得到機(jī)側(cè)變流器輸出最大電壓臨界狀態(tài)下的一組方程式:

定義臨界狀態(tài)下電機(jī)電角速度ωrt為轉(zhuǎn)折速度。當(dāng)給定控制方式和功率后，轉(zhuǎn)折速度可以唯一確定。電機(jī)的電角速度超過(guò)轉(zhuǎn)折速度后，若不采用弱磁控制，電流調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài)，機(jī)側(cè)變流器輸出的電壓不足以跟蹤調(diào)制算法得到的電機(jī)定子電壓，調(diào)制算法失效［10］。若電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高后保持正常運(yùn)行，則需要進(jìn)行弱磁控制，可通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流id和iq實(shí)現(xiàn)。由式(5)可以看到，若令直軸電流為負(fù)值，則可以在維持定子電壓在恒定值|us|max的條件下擴(kuò)大電機(jī)運(yùn)行范圍。直軸電流為負(fù)值可以理解為在永磁體產(chǎn)生的磁鏈上疊加一個(gè)反向磁場(chǎng)，削弱氣隙磁場(chǎng)得到弱磁的效果。

直驅(qū)永磁風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)采用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的矢量控制策略。根據(jù)控制方式的不同，直軸電流的參考值id分為兩個(gè)部分:在轉(zhuǎn)折速度以下，為了控制簡(jiǎn)便，采用id=0控制;轉(zhuǎn)折速度以上，采用弱磁控制，id由弱磁控制環(huán)節(jié)給定。根據(jù)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，弱磁條件下整個(gè)系統(tǒng)的控制矢量圖如圖1所示。其中，開(kāi)關(guān)切換到虛線框內(nèi)時(shí)為閉環(huán)弱磁控制，開(kāi)關(guān)切換到式(6)時(shí)為開(kāi)環(huán)弱磁控制。下面分別對(duì)開(kāi)閉環(huán)弱磁控制原理及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

圖1 弱磁條件下矢量控制框圖Fig．1 Vector control block considering flux weakening condition

2.2 開(kāi)環(huán)弱磁控制

當(dāng)風(fēng)速不斷變換，電機(jī)按照最佳功率曲線運(yùn)行時(shí)，隨著電機(jī)速度的進(jìn)一步升高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)超過(guò)轉(zhuǎn)折速度ωrt，為了避免控制失效，電機(jī)采用恒定電壓幅值運(yùn)行，幅值為由式(4)確定的電壓極限值。若發(fā)電機(jī)功率未到達(dá)額定功率，則功率按照最佳功率曲線運(yùn)行，此時(shí)為變功率運(yùn)行狀態(tài);若發(fā)電機(jī)功率達(dá)到額定功率，則此后功率給定為額定功率，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在恒功率運(yùn)行狀態(tài)。

綜合式(2)和式(3)，在給定功率參考值和電壓極限值的情況下，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)折速度以上的某一風(fēng)速可以確立一組方程如下:

式(6)在發(fā)電狀態(tài)下具有唯一解。對(duì)其進(jìn)行分析可知，轉(zhuǎn)折速度以上，交直軸電流是互為耦合關(guān)系的，速度越高，耦合越強(qiáng)。一般情況下，直軸電流參考值恒為負(fù)值，且隨轉(zhuǎn)速的升高其模值增大。

開(kāi)環(huán)弱磁雖然物理意義簡(jiǎn)單明了，但由于交直軸電流的耦合關(guān)系，對(duì)式(6)進(jìn)行求解比較困難，在DSP中不容易實(shí)現(xiàn)。一般做法是根據(jù)電機(jī)的參數(shù)和功率曲線離線計(jì)算得到不同速度下的交直軸電流參考值，生成轉(zhuǎn)速-電流表格存于DSP中，在實(shí)際控制時(shí)通過(guò)對(duì)當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行判斷，查表給定電流參考值。開(kāi)環(huán)弱磁控制電流參考值的計(jì)算嚴(yán)格依賴(lài)于電機(jī)參數(shù)，一般情況下離線計(jì)算過(guò)程不考慮電機(jī)的溫升特性和磁飽和特性，在實(shí)際控制中若按照計(jì)算得到的電流參考值進(jìn)行控制，會(huì)出現(xiàn)直流母線電壓利用率降低、功率偏差等現(xiàn)象。另外，不同的電機(jī)參數(shù)均不相同，針對(duì)每一臺(tái)參數(shù)不同的風(fēng)電機(jī)組都要進(jìn)行大量運(yùn)算，在控制芯片中重新寫(xiě)入表格，控制不具有普遍性，不利于工業(yè)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)環(huán)弱磁投入運(yùn)行的判斷條件為電機(jī)轉(zhuǎn)速，其靈敏性高，由于機(jī)側(cè)變流器控制只有一個(gè)電流環(huán)，其響應(yīng)速度較快。

2.3 閉環(huán)弱磁控制

在開(kāi)環(huán)控制中可以看到，永磁同步電機(jī)的弱磁控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)直軸電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，其主要目的為限制調(diào)制電壓的幅值不超過(guò)極限值。利用這一思想，可以設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，通過(guò)定子電壓幅值反饋，采用合適的控制方案得到定子直軸電流的參考值。下面對(duì)其設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

在控制環(huán)節(jié)中，根據(jù)交直軸電壓分量ud和uq進(jìn)行合成可以得到調(diào)制電壓的幅值:

定子直軸電流分量參考值i*d可以通過(guò)一個(gè)閾值判斷函數(shù)進(jìn)行表示，如式(8)所示。當(dāng)調(diào)制電壓幅值小于電壓極限值時(shí)，定子直軸電流分量參考值為0;當(dāng)調(diào)制電壓幅值超過(guò)電壓極限值時(shí)，立即投入閉環(huán)弱磁控制算法，定子直軸電流分量參考值為弱磁控制器輸出直軸電流idfw。

弱磁控制器采用PI控制，將電壓極限值與調(diào)制電壓幅值的差值送入比例積分控制環(huán)節(jié)，可以得到弱磁條件下定子電流的直軸分量。文獻(xiàn)［8］在對(duì)感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行磁鏈調(diào)節(jié)的過(guò)程中指出，比例環(huán)節(jié)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和直流母線電壓非常敏感，會(huì)增加弱磁控制環(huán)節(jié)的不穩(wěn)定性，故采用積分環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)很好的弱磁控制性能。設(shè)定kifw為控制器積分系數(shù)，則可得到弱磁控制器為:

根據(jù)電機(jī)的功率表達(dá)式和定子電壓交直軸分量，可以進(jìn)一步得到特定功率下定子交軸電流分量參考值:

閉環(huán)弱磁控制環(huán)節(jié)的框圖如圖1中的虛線框所示。由閉環(huán)弱磁控制環(huán)節(jié)可以看到，整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程不涉及電機(jī)參數(shù)，控制對(duì)電機(jī)參數(shù)變化具有魯棒性，溫升及磁飽和特性對(duì)算法沒(méi)有影響;電機(jī)弱磁判斷條件為調(diào)制電壓幅值，只有當(dāng)電壓幅值達(dá)到直流母線限定的最大值時(shí)弱磁控制才投入，故其母線電壓利用率高;另外，弱磁控制無(wú)需進(jìn)行離線計(jì)算，具有普遍適應(yīng)性。但由于增加了一個(gè)閉環(huán)環(huán)節(jié)，其直軸電流給定過(guò)程需要一定的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，其響應(yīng)速度受到影響。

2.4 開(kāi)閉環(huán)弱磁控制比較

根據(jù)分析，開(kāi)環(huán)和閉環(huán)弱磁控制的對(duì)比如表1所示?？梢钥吹?，盡管閉環(huán)弱磁控制以犧牲了電流環(huán)節(jié)的響應(yīng)速度為代價(jià)，但由于其不需要進(jìn)行繁瑣的運(yùn)算，適用性強(qiáng)，在實(shí)際的工程應(yīng)用中更具有優(yōu)勢(shì)。

表1 開(kāi)閉環(huán)弱磁控制性能比較Tab．1 Performance comparision of open-loop and closed-loop FW

3 算例分析

以實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)永磁同步電機(jī)為例進(jìn)行分析，電機(jī)參數(shù)如表2所示。為了實(shí)現(xiàn)弱磁控制，直流母線電壓設(shè)為260V，則機(jī)側(cè)變流器能夠輸出的最大電壓為150V，考慮到死區(qū)效應(yīng)及控制裕量，設(shè)定機(jī)側(cè)變流器最大輸出電壓為140V。轉(zhuǎn)折速度以下，機(jī)側(cè)變流器采用id=0控制。轉(zhuǎn)折速度附近，功率給定為5kW，根據(jù)式(5)可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)折速度為ωrt= 105.6rad/s，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為nrt=126 r/min。轉(zhuǎn)折速度以上，按式(6)可以離線求得不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)的交直軸電流參考值。轉(zhuǎn)折速度附近的區(qū)域，交直軸電流參考值如表3所示。

表2 永磁同步電機(jī)參數(shù)Tab．2 Parameters of PMSG

表3 轉(zhuǎn)折速度附近離線參數(shù)表Tab．3 Parameter list around transition speed

4 仿真驗(yàn)證

基于開(kāi)閉環(huán)弱磁控制原理，在Matlab中搭建了永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)變流器仿真系統(tǒng)。其中母線電壓由一個(gè)恒定的直流電壓源代替，其電壓設(shè)定為260V。發(fā)電機(jī)的參數(shù)與算例分析中的參數(shù)完全一致。仿真過(guò)程不考慮電機(jī)的溫升特性與磁飽和特性。仿真集中在轉(zhuǎn)折速度附近進(jìn)行驗(yàn)證，電機(jī)初始轉(zhuǎn)速為120r/min;0.1s階躍至130r/min，控制進(jìn)入弱磁控制階段;0.25s轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升至135r/min。在轉(zhuǎn)折速度附近，功率參考值均為5kW。

圖2為開(kāi)環(huán)弱磁控制的仿真波形。其判斷條件為電機(jī)轉(zhuǎn)速。將電機(jī)轉(zhuǎn)速與離線計(jì)算得到的轉(zhuǎn)折速度對(duì)比，轉(zhuǎn)折速度以下的采用id=0控制，交軸電流參考值由式(2)給定;轉(zhuǎn)折速度以上交直軸電流參考值根據(jù)表3設(shè)定。由仿真結(jié)果可以看到，轉(zhuǎn)折速度前后，定子電流切換很快，而且跟蹤效果好。

圖2 開(kāi)環(huán)控制仿真波形Fig．2 Simulation waveforms of open-loop FW control

圖3 閉環(huán)控制仿真波形Fig．3 Simulation waveforms of closed-loop FW control

圖3為閉環(huán)弱磁控制的仿真波形。其判斷條件為在線實(shí)時(shí)計(jì)算得到的電壓幅值，當(dāng)電壓幅值小于|us|max時(shí)，采用id=0控制;當(dāng)定子電壓幅值超過(guò)|us|max時(shí)，通過(guò)閉環(huán)弱磁控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。仿真結(jié)果顯示，在電機(jī)進(jìn)行弱磁切換瞬間，由于弱磁閉環(huán)環(huán)節(jié)的存在，定子電流的調(diào)節(jié)速度稍慢。圖4為弱磁閉環(huán)投入前后的放大圖，可以看到，弱磁切換與電流環(huán)的響應(yīng)速度有關(guān)，當(dāng)速度變化后，只有電流環(huán)調(diào)節(jié)變流器輸出電壓達(dá)到|us|max時(shí)，弱磁閉環(huán)才投入運(yùn)行。

圖4 弱磁控制前后電流響應(yīng)波形Fig．4 Currentwaveforms pre-and post closed-loop FW control

由于仿真過(guò)程不考慮電機(jī)的溫升特性和磁飽和特性，兩種仿真狀態(tài)下的電機(jī)參數(shù)完全一致，故弱磁達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，閉環(huán)弱磁得到電流參考值與開(kāi)環(huán)弱磁得到的完全相同。不考慮電機(jī)參數(shù)變化時(shí)，兩種閉環(huán)控制的直流母線利用率完全相同，但在實(shí)際情況中電機(jī)參數(shù)隨工作環(huán)境的不同是時(shí)變的。由兩種控制的仿真結(jié)果可以看到，由于開(kāi)環(huán)弱磁控制離線進(jìn)行參考電流的計(jì)算，其電流響應(yīng)速度較快，但嚴(yán)格依賴(lài)于電機(jī)參數(shù);閉環(huán)弱磁控制不依賴(lài)于電機(jī)參數(shù)，通過(guò)電壓閉環(huán)來(lái)計(jì)算直軸電流參考值，電流的響應(yīng)速度除了受電流控制器的性能影響外，還與弱磁閉環(huán)控制環(huán)節(jié)響應(yīng)速度相關(guān)，故其響應(yīng)速度不如開(kāi)環(huán)弱磁控制迅速。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

基于控制原理與仿真分析，在永磁直驅(qū)風(fēng)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)參數(shù)與算例分析及仿真分析中的參數(shù)完全一致。其中，永磁同步發(fā)電機(jī)通過(guò)變頻器和異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)改變變頻器的頻率來(lái)模擬不同控制模式下的外部條件。直流母線電壓通過(guò)網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制，穩(wěn)定在260V。

電機(jī)側(cè)變流器采用兩電平PWM變流器，開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為5kHz，調(diào)制采用SVPWM調(diào)制。為了驗(yàn)證電機(jī)的弱磁過(guò)程，電機(jī)轉(zhuǎn)速由120r/min升速至138r/min。下面給出電機(jī)ab相線電壓和a相電流的實(shí)驗(yàn)波形。

圖5為開(kāi)環(huán)弱磁控制實(shí)驗(yàn)效果圖。超過(guò)轉(zhuǎn)折速度后，電機(jī)進(jìn)入弱磁控制環(huán)節(jié)，可以看到電流響應(yīng)速度很快。由于開(kāi)環(huán)弱磁參數(shù)是離線計(jì)算得到的，不考慮電機(jī)溫升、磁路飽和等外界條件對(duì)電機(jī)等效參數(shù)的影響，實(shí)際電機(jī)參數(shù)與離線計(jì)算所用參數(shù)不一致，故到轉(zhuǎn)折速度時(shí)電機(jī)電壓未到達(dá)設(shè)定最大值，母線利用率低。由于實(shí)際得到的電壓與預(yù)期電壓不一致，開(kāi)環(huán)弱磁條件下電機(jī)的實(shí)際功率與功率給定會(huì)出現(xiàn)偏差，經(jīng)計(jì)算得到實(shí)際功率為4.6kW，與預(yù)期得到的5kW有一定偏差，這對(duì)風(fēng)電機(jī)組的效率有很大影響。

圖5 開(kāi)環(huán)弱磁實(shí)驗(yàn)波形Fig．5 Experimentalwaveforms of open-loop FW control

圖6(a)為閉環(huán)弱磁控制實(shí)驗(yàn)效果圖，可以看到其弱磁過(guò)程較為緩慢。圖6(b)為閉環(huán)弱磁過(guò)程局部放大圖，定子電壓在電機(jī)升速后出現(xiàn)明顯的超調(diào)情況，此時(shí)定子電壓已經(jīng)達(dá)到最大限幅值，閉環(huán)弱磁環(huán)節(jié)投入，調(diào)節(jié)交直軸電流使電機(jī)進(jìn)入恒幅值、恒功率運(yùn)行狀態(tài)。由于弱磁判斷條件為電壓幅值，對(duì)直流母線的利用率較高。并且閉環(huán)弱磁控制環(huán)節(jié)與電機(jī)參數(shù)無(wú)關(guān)，電機(jī)的交直軸電流給定嚴(yán)格按照功率給定計(jì)算得到，故其調(diào)節(jié)得到的電流比開(kāi)環(huán)弱磁更準(zhǔn)確，并且能夠完全跟蹤實(shí)際的給定功率。

6 結(jié)論

本文對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)閉環(huán)弱磁控制進(jìn)行了研究，并對(duì)兩種方式進(jìn)行了對(duì)比。其中，開(kāi)環(huán)弱磁控制投切的控制條件為轉(zhuǎn)折速度，閉環(huán)弱磁控制為機(jī)側(cè)變流器最大輸出電壓。對(duì)比結(jié)果表明雖然閉環(huán)弱磁控制響應(yīng)速度相對(duì)較慢，但由于其直流母線電壓利用率高，控制更精確，其工業(yè)應(yīng)用前景更加廣泛。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也證實(shí)了理論分析的觀點(diǎn)。

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Reaserch on field weakening control of PMSG for direct-drive WECS

HUO Xian-xu1，2，3，HU Shu-ju1，3，LV Dian-shun4，XU Hong-hua1，3
(1．Institute of Electrical Engineering，CAS，Beijing 100190，China; 2．University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China; 3．Key Laboratory ofWind Energy Utilization，CAS，Beijing 100190，China; 4．Beijing Corona Technology Co．Ltd．，Beijing 100083，China)

In direct-drive wind generation system，output voltage of generator side converter is limited by DC bus voltage．In the tracking of MPPT curve，field weakening(FW)control is needed when output reference voltage is larger than the limitation decided by DC bus voltage．FW control can be realized either by open-loop FW or closedloop FW．The open-loop FW is switched by the relationship between generator speed and the transition speed，(，cont．on p.60)(，cont．from p.6)while the closed-loop FW contains a closed loop controller in which output reference voltage and DC bus voltage are feedback variables．Two approaches of FW control are analyzed and compared．The comparison result indicates that closed-loop FW is independent of generator parametres，easy to implement in DSP and hasmore accurate control performance in steady state，thus the closed-loop FW control has better prospect in the industrial application．Simulation and expermental verification are carried out in the Matlab and laboratory setup．The results are coincident with the theoretical analysis．

PMSG direct-drive;wind generation;field weakening control;generator parameters

TM614

A

1003-3076(2015)03-0001-06

2013-10-10

國(guó)家“863”計(jì)劃(2011AA050204)資助項(xiàng)目、國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(SGTJ0000KXJS1400087)

霍現(xiàn)旭(1986-)，男，河北籍，博士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù);胡書(shū)舉(1978-)，男，河南籍，副研究員，博士，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電控制與檢測(cè)技術(shù)。