李 勝，張?zhí)m紅，單 毅

(1 江蘇大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212013；2.鹽城工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051；3.江蘇金風(fēng)科技有限公司，江蘇 鹽城 224199)

0 引 言

風(fēng)能因其分布廣泛、綠色清潔、蘊(yùn)量巨大等優(yōu)點(diǎn)已成為新能源發(fā)電的最佳選擇之一[1-4]。據(jù)相關(guān)研究表明，至2030年我國累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)可以達(dá)到1.8×108kW左右，屆時(shí)風(fēng)電在全國電力容量中的比重將超過11%，可以滿足全國5.7%的電力需求[5]。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其開關(guān)損耗小、功率因素可調(diào)、變槳距調(diào)節(jié)簡單等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注[6-8]。目前，這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要分為永磁同步發(fā)電系統(tǒng)和雙饋感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)[6-7]，其中永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)省去了易發(fā)生故障的齒輪箱，降低了維護(hù)成本和運(yùn)行的危險(xiǎn)性[7-8]，故而成為了風(fēng)力發(fā)電市場的主流選擇。

永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其高效率的控制策略得到了越來越多的關(guān)注和研究。目前，永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)主要有矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)[9-11]。本文對(duì)這兩種控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和比較。

1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流拓?fù)?/h2>

永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體變流拓?fù)?/p>

目前，針對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三相電壓型風(fēng)力發(fā)電變流拓?fù)渲饕幸韵挛孱怺12-22]：

(1)機(jī)側(cè)不可控整流，網(wǎng)側(cè)PWM逆變

如圖2所示，該功率變換拓?fù)溆娠L(fēng)機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相不可控整流器、三相六開關(guān)PWM逆變器和濾波電感組成。這種拓?fù)淇梢蕴岣唛_關(guān)頻率，能實(shí)現(xiàn)輸出到電網(wǎng)有功功率和無功功率的控制，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)PMSG的轉(zhuǎn)速。但是，由于這種拓?fù)洳捎玫氖遣豢卣鳎瑢?duì)導(dǎo)致電機(jī)定子電流低次諧波所占比重增大，無法進(jìn)行升壓，因此對(duì)PMSG的繞組和開關(guān)器件的絕緣水平提出了更高的要求，導(dǎo)致成本大大增加。此外，由于不能直接調(diào)節(jié)PMSG電磁轉(zhuǎn)矩，所以其動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，導(dǎo)致了風(fēng)能的浪費(fèi)和發(fā)電機(jī)效率的降低。

圖2 不可控整流+PWM逆變的功率變換拓?fù)?/p>

(2)機(jī)側(cè)不可控整流+Boost升壓，網(wǎng)側(cè)PWM逆變

如圖3所示，該功率變換拓?fù)溆娠L(fēng)機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相不可控整流器、Boost升壓裝置、PWM逆變器和濾波電感組成。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以通過Boost升壓對(duì)直流母線電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，解決了第一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在低轉(zhuǎn)速時(shí)直流電壓較低的缺點(diǎn)，可以對(duì)PMSG的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大風(fēng)能跟蹤控制，且成本較低。然而，對(duì)于大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)Boost升壓電路設(shè)計(jì)困難，兩級(jí)控制使系統(tǒng)控制復(fù)雜度較高，故而限制了它的推廣。

圖3 不可控整流+Boost升壓+PWM逆變的功率變換拓?fù)?/p>

(3)機(jī)側(cè)相控整流，網(wǎng)側(cè)PWM逆變

如圖4所示，該功率變換拓?fù)溆娠L(fēng)機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相半控整流器、PWM逆變器和濾波電感組成。該拓?fù)涫菍⒌谝环N拓?fù)渲械臋C(jī)側(cè)二極管用晶閘管代替，這是由于晶閘管耐壓特性較好，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是，雖然通過控制觸發(fā)角可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管導(dǎo)通時(shí)間的控制，在一定程度上抑制了PMSG的定子電流諧波，但是機(jī)側(cè)低次諧波較大的缺點(diǎn)依然沒有改善。

圖4 相控整流+PWM逆變的功率變換拓?fù)?/p>

(4)機(jī)側(cè)不可控整流，網(wǎng)側(cè)阻抗源逆變

如圖5所示，該功率變換拓?fù)溆娠L(fēng)機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、三相不可控整流器、三相阻抗源逆變器和濾波電感組成，其中三相阻抗源逆變器包括阻抗源網(wǎng)絡(luò)電路和PWM逆變橋。與第二種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于單級(jí)控制，降低了控制的復(fù)雜性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，從而達(dá)到最大風(fēng)能捕獲的目標(biāo)。但是，由于增加了阻抗源網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直流母線電壓控制難度大大上升，故而不適用于直流母線電壓較大的場所，所以這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多用于中小型功率的永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

圖5 不可控整流+阻抗源逆變的功率變換拓?fù)?/p>

(5)機(jī)側(cè)PWM整流，網(wǎng)側(cè)PWM逆變

如圖6所示，該功率變換拓?fù)溆娠L(fēng)機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、PWM整流器、PWM逆變器和濾波電感組成。這種雙PWM控制的功率變流器具有四象限運(yùn)行能力，機(jī)側(cè)變流器具有最大風(fēng)能捕獲功能；網(wǎng)側(cè)變流器能夠?qū)δ妇€電壓進(jìn)行直接控制，還可實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制。此外，機(jī)側(cè)變流器能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功率因素的控制，降低功率損耗，同機(jī)側(cè)不控整流相比，能夠在很大程度上減少定子電流諧波所占的比重。這也是目前受到關(guān)注度最高的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文正是在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行討論。

圖6 PWM整流+PWM逆變的功率變換拓?fù)?/p>

此外，除了以上五種常規(guī)的功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，還有一些應(yīng)用于特殊場合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。比如專門應(yīng)用于大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的大功率變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)機(jī)側(cè)采用十二個(gè)二極管組合、網(wǎng)側(cè)采用十二個(gè)全控型器件組合，可以提高系統(tǒng)承受功率能力[23]。但是當(dāng)器件串聯(lián)排布時(shí)會(huì)導(dǎo)致每個(gè)功率器件電壓分布不均勻，器件并聯(lián)排布時(shí)會(huì)導(dǎo)致功率器件電流分布不均勻，所以其使用場合受到了很大的限制。

2 控制策略綜述

2.1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的矢量控制

傳統(tǒng)的矢量控制有四種，分別為

(1)零d軸電流控制；

(2)力矩電流比最大控制；

(3)功率因數(shù)等于1控制；

(4)恒磁鏈控制。

文獻(xiàn)[12]對(duì)這四種控制策略用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了比較分析。其中，零d軸電流控制因電磁轉(zhuǎn)矩和電流關(guān)系簡單、不存在去磁風(fēng)險(xiǎn)、算法易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)成為矢量控制用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電發(fā)電機(jī)控制策略的主流選擇。

(1)零d軸電流控制

文獻(xiàn)[24]和文獻(xiàn)[25]將id=0控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。當(dāng)采取id=0控制策略時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和交軸電流成線性關(guān)系，不存在直軸電流，所以沒有直軸電樞反應(yīng)，不存在去磁現(xiàn)象。從電機(jī)端口看，此時(shí)電機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)直流電機(jī)。其控制框圖如圖7所示。

圖7 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)id=0控制策略框圖

(2)無傳感器矢量控制

為了解決由于使用傳感器所帶來的系統(tǒng)可靠性降低等問題，不少學(xué)者提出了永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)無傳感器控制技術(shù)。文獻(xiàn)[19]提出了一種在無位置傳感器的情況下，將矢量控制用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制方法。采用簡化卡爾曼濾波器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示。該系統(tǒng)選取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速作為狀態(tài)變量，兩相定子電流作為輸入，建立了基于簡化卡爾曼濾波器的永磁同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)估計(jì)離散模型，實(shí)現(xiàn)了無位置傳感器矢量控制。雖然這種方法在無位置傳感器的前提下實(shí)現(xiàn)了永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制，但是運(yùn)算量很大，且參數(shù)調(diào)試復(fù)雜。文獻(xiàn)[25]提出的結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)[19]所提出結(jié)構(gòu)的不同之處在于在卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上增加了鎖相環(huán)功能來對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的速度和位置信息進(jìn)行精準(zhǔn)估計(jì)。文獻(xiàn)[26]在永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)無位置傳感器矢量控制的基礎(chǔ)上增加了滑模觀測器，該方法使?fàn)顟B(tài)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)在相平面上進(jìn)行微小變動(dòng)，最終到達(dá)靜態(tài)穩(wěn)定點(diǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)參數(shù)變化時(shí)，它具有良好的適應(yīng)性能，可以在很大程度上提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，但是算法較復(fù)雜。文獻(xiàn)[27]也提出了一種無位置傳感器矢量控制方法，與文獻(xiàn)[19]所提出結(jié)構(gòu)的不同之處在于，文獻(xiàn)[27]所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要針對(duì)大功率直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的雙三相永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并且利用模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)估計(jì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，分析發(fā)電機(jī)參數(shù)變化對(duì)速度估計(jì)的影響。該方法穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能均較好，但卻對(duì)發(fā)電機(jī)定子電阻和電感非常敏感。

圖8 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)無位置傳感器矢量控制框圖

文獻(xiàn)[28]提出了一種針對(duì)無速度傳感器的永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)矢量控制技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。該方法通過鎖相環(huán)鎖相定子電壓，利用定子電壓和模型參考自適應(yīng)相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)矢量控制坐標(biāo)系的準(zhǔn)確定向。該算法工程實(shí)現(xiàn)較簡單、系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，但是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變換較大時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。

圖9 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)無速度傳感器矢量控制框圖

文獻(xiàn)[29]在文獻(xiàn)[28]的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，該策略在發(fā)電機(jī)起動(dòng)速度和轉(zhuǎn)變速度之間采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制方式；在轉(zhuǎn)變速度與最大速度間采用弱磁控制方式，所改進(jìn)的結(jié)構(gòu)加快了系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化較大時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，適用于要求發(fā)電機(jī)速度變化較頻繁的場所。文獻(xiàn)[30]將文獻(xiàn)[27]的自適應(yīng)觀測器和文獻(xiàn)[29]的滑?？刂破鹘Y(jié)合起來，提出一種基于滑模自適應(yīng)控制算法的最大功率跟蹤策略，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的角位置和對(duì)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)負(fù)載的準(zhǔn)確估算。文獻(xiàn)[31]對(duì)文獻(xiàn)[29]所提出的結(jié)構(gòu)作了進(jìn)一步改善，設(shè)計(jì)了一種不需要微分估計(jì)器及額外濾波裝置的新型滑?？刂破?，解決了滑?？刂圃谔岣呋Ｃ嫠俣葧r(shí)會(huì)有較大抖振的問題，且保持了終端滑模的有限時(shí)間收斂和強(qiáng)魯棒性的優(yōu)點(diǎn)，不足之處在于對(duì)轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)精度略有偏差。

(3)自抗擾控制

為了解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)非線性、不確定性、強(qiáng)干擾的問題，文獻(xiàn)[16]提出了一種以實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制為目標(biāo)，實(shí)時(shí)跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)速的基于最佳葉尖速比的自抗擾控制(ADRC)策略，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10所示。該方法不依賴系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，將永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在的所有干擾看作系統(tǒng)總干擾，利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對(duì)系統(tǒng)的總干擾進(jìn)行估計(jì)，然后通過反饋控制器進(jìn)行干擾補(bǔ)償。文獻(xiàn)[32]在文獻(xiàn)[16]的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步討論，將ADRC和PI相結(jié)合，不足之處在于這種控制技術(shù)還未對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無傳感器方面的研究。

圖10 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)自抗擾控制技術(shù)系統(tǒng)框圖

2.2 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)直接以轉(zhuǎn)矩為被控制量，給定了定子磁鏈幅值，通過調(diào)節(jié)空間電壓矢量來直接改變定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，進(jìn)而直接控制轉(zhuǎn)矩[33]。

(1)給定電壓矢量直接轉(zhuǎn)矩控制

文獻(xiàn)[34-36]將直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖11所示。通過最大功率跟蹤控制得到所需風(fēng)速，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)矩的估計(jì)量；再通過給定定子磁鏈幅值，轉(zhuǎn)矩和磁鏈雙滯環(huán)比較器的輸出結(jié)果在給定的電壓矢量選擇表中選擇合適的信號(hào)輸送至機(jī)側(cè)變流器，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接轉(zhuǎn)矩控制。文獻(xiàn)[36]針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中參數(shù)變化的問題設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的定子磁鏈觀測器，使得系統(tǒng)具備更好的抗干擾能力和魯棒性。為了解決定子電阻在實(shí)際運(yùn)行時(shí)不斷變化的問題，文獻(xiàn)[37]提出一種新型定子磁鏈觀測器，該觀測器借助有效磁鏈概念計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁極位置角觀測值，基于此將定子磁鏈電壓模型和電流模型聯(lián)系起來，無需轉(zhuǎn)子速度信息，但沒有考慮轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)的影響，依舊依賴于轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器。文獻(xiàn)[38]也提出了一種永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略，不同的是它增加了速度觀測器來對(duì)風(fēng)能進(jìn)行捕獲，雖然能有效克服系統(tǒng)參數(shù)變化和風(fēng)速波動(dòng)不確定性的影響，但是卻增加了系統(tǒng)控制難度。文獻(xiàn)[39]在文獻(xiàn)[37]的基礎(chǔ)上利用自適應(yīng)低通濾波器來估計(jì)定子磁鏈，解決了直流電壓漂移和需要初始定子磁通值等問題。

圖11 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制框圖

(2)空間矢量脈寬調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制

文獻(xiàn)[40]將空間矢量脈沖寬度調(diào)制(SVM)與DTC相結(jié)合應(yīng)用于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖12所示。這種控制方法采用SVPWM技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)空間電壓矢量，摒棄了滯環(huán)比較器的使用，解決了傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中開關(guān)頻率變化引起的開關(guān)管損壞等缺點(diǎn)，但是SVM技術(shù)的引入使系統(tǒng)的計(jì)算量大大增加。文獻(xiàn)[14]在文獻(xiàn)[40]的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于卡爾曼濾波器的定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩觀測器，提高了定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的測量精度。

圖12 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)SVM-DTC控制框圖

(3)無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制

同樣地，為了減少傳感器的使用，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，不少學(xué)者對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制無傳感器控制技術(shù)做了許多研究。文獻(xiàn)[40]提出了無位置傳感器情況下兩種轉(zhuǎn)子檢測的方法，但是并未將其應(yīng)用至實(shí)踐中。文獻(xiàn)[10] 提出了一種永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的無風(fēng)速傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制策略，直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈來實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)的最優(yōu)控制，不需要轉(zhuǎn)速外環(huán)，避免了風(fēng)速的測量和風(fēng)速測量不準(zhǔn)確等問題，但是對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量精度提出了更高的要求。文獻(xiàn)[21]在文獻(xiàn)[40]的基礎(chǔ)上將SVM和無位置傳感器技術(shù)相結(jié)合用于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)[41]提出一種利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行風(fēng)速估計(jì)并考慮損耗轉(zhuǎn)矩的最大風(fēng)能跟蹤控制策略。

(4)預(yù)測直接轉(zhuǎn)矩控制

文獻(xiàn)[42]針對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制數(shù)字控制系統(tǒng)采樣與控制時(shí)延所造成的電機(jī)轉(zhuǎn)矩與磁鏈紋波增大的問題提出了一種應(yīng)用于永磁同步發(fā)電機(jī)的預(yù)測直接轉(zhuǎn)矩控制策略，圖13為預(yù)測時(shí)序分析圖。這種控制方法主要是通過對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的跨時(shí)段預(yù)測，來解決時(shí)間延遲對(duì)系統(tǒng)控制造成的問題。不但減少了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而且具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖13 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)預(yù)測DTC時(shí)序分析圖

圖14 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)預(yù)測DTC控制框圖

文獻(xiàn)[43]通過在一個(gè)采樣周期內(nèi)執(zhí)行三次切換來控制定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩，這種策略使永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)可在低采樣頻率下得到更好的控制。文獻(xiàn)[44]提出了一種改進(jìn)的永磁同步發(fā)電機(jī)模型預(yù)測直接轉(zhuǎn)矩控制方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖15所示。該方法通過觀測定子電流和等效反電動(dòng)勢在靜止坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩預(yù)測，而傳統(tǒng)的預(yù)測控制算法主要是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)預(yù)測控制，從而避免了坐標(biāo)變換運(yùn)算，提高了系統(tǒng)的可靠性。文獻(xiàn)[45]在文獻(xiàn)[42]的基礎(chǔ)上考慮了發(fā)電機(jī)的損耗，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖16所示。在傳統(tǒng)模型預(yù)測直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上定義了定子有功電流預(yù)測值，從而求取發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩預(yù)測值，并通過求取系統(tǒng)最小損耗工作點(diǎn)得到定子有功電流設(shè)定值，結(jié)合最佳特性曲線得到發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，在提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。

圖15 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)改進(jìn)預(yù)測DTC控制框圖

圖16 效率優(yōu)化永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)預(yù)測DTC控制框圖

3 結(jié) 語

在永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)中，矢量控制通過將發(fā)電機(jī)直軸電流設(shè)定為零，對(duì)其電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制，但坐標(biāo)變換引起計(jì)算復(fù)雜，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理能力要求較高；直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)直接以轉(zhuǎn)矩為被控制量，給定定子磁鏈幅值，通過調(diào)節(jié)空間電壓矢量來直接改變定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角，進(jìn)而直接控制轉(zhuǎn)矩，但是要重視電機(jī)參數(shù)對(duì)算法的影響。

根據(jù)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略的發(fā)展歷程，該研究方向可能具有以下的發(fā)展趨勢：一是研究可靠性高的復(fù)合控制算法，將矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制有效結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，可以同時(shí)滿足穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求；二是針對(duì)多極永磁同步風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)的研究，隨著永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)向多極化發(fā)展是必然的趨勢；三是對(duì)先進(jìn)控制引入后的簡化處理，雖然目前已成功將諸如模型預(yù)測控制、自抗擾控制等先進(jìn)控制技術(shù)與矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合，但是無一例外其計(jì)算過程非常復(fù)雜且難以理解；四是針對(duì)新型變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制技術(shù)與多電平變換器結(jié)合的研究；五是針對(duì)基于觀測器的算法，使算法受電機(jī)參數(shù)影響更小，提高系統(tǒng)的可靠性。