永磁直驱风力发电机并网仿真模型，单位功率因数控制，进行弱磁控制

永磁同步电机矢量控制

通过了解电机数学模型可以对电机进行矢量控制，将永磁同步电机进行坐标变换进行类似直流电机的控制，控制系统结构图如下。

图1永磁同步电机矢量控制图

永磁同步电机矢量控制系统主要有，逆变器和永磁同步电机构成，在风力发电系统中由永磁同步电机作为能量源，通过逆变器进行整流控制输出稳定的直流电，之后通过逆变器进行并网控制，反馈回电网。

风力发电机并网技术

风力发电并网控制主要是想将风机输出的最大功率输送给电网，将风力发电机整流的直流电变为电网的工频交流电。通过逆变器等电力电子器件实现功率变化，以输出风力发电输出直流电压稳定问目标向电网输送功率。风力发电系统原理图如下。

图2风力发电并网原理图

风力发电系统主要包括永磁同步电机，整流逆变器，中间电容，并网逆变器，电网系统构成。风力发电机并网控制系统与永磁同步电机控制系统原理相同，通采集电网的频率和电压值，求解旋转角度，进行坐标变换。永磁同步电机发电系统控制原理图如下。

图3磁同步电机发电系统控制原理

发电系统采用图1所示的转速闭环控制系统，转速给定采用最大功率追踪控制的叶尖速法给定，将给定转速与反馈转速进行pi调节，给出系统发电机所需要的输出力矩，通过单位功率因数控制函数实现永磁同步电机的单位功率因数控制，给定交直轴电流，进行电流闭环调节，同时将反馈的三相电流进行坐标变换求出交直轴电流值大小，反馈给矢量控制系统进行偏差调节。给定静止坐标系下电压值，进行SVPWM调整给整流逆变器发送六脉冲控制电力电子器件开关管导通与关断。

风力发电逆变器并网控制原理图如下。

图4 风力发电逆变器并网控制系统原理图

与风力发电机永磁同步电机控制系统类似，逆变器并网控制系统也采用双闭环控制，内环为电流环，外环电压环，稳定直流环节的电压。

仿真系统参数分析

通过仿真实现分析逆变器并网控制，验证矢量控制系统的正确性，可以搭建20kW的永磁同步电机仿真模型，去验证单位功率因数控制方法的正确性，设定定中间直流环节电容电压为800V，进行逆变器并网功率控制稳定目标。

图5 永磁同步发电机并网输出电压电流

由图5可知逆变器输出电压为幅值311A的工频220V交流电，电网电流为理想正弦值。幅值为100A，根据电压电流可知道电网吸收功率为15.6kW。系统稳定运行，并网控制策略理想。

图6 电网中间直流环节电压波动情况。三相电流

图6为截取的一段电网运行时的中间电压波动情况，电网电压在起始阶段会有震荡情况发生，随着时间的推移在很短时间内电网电压趋于稳定，最终稳定在给定控制800V附近，满足系统的控制要求，验证了逆变器并网控制系统的快速性和稳定性。

图7 直驱式永磁同步电机转速给定

在起始阶段转速给定按最大叶尖速法给定转速上升，经过0.1s后给定转速稳定，通过爬山法可以在最优转速附近进行搜索，找到最大功率输出点，最后在0.45s后稳定运行。永磁同步发电机转速控制，在起始阶段有叶尖速法的快速性和，转速稳定后的爬山法对系统动态功率的实时调节。

仿真系统采集发电机电压电流，经过滤波后的电压电流图

模型参考
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