传统控制策略优化方案

图7-20　永磁同步风力发电机组传统控制策略框图

图7-20为采用双PWM变流器并网的永磁同步风力发电机组传统控制策略框图。PMSG传统控制策略是通过机侧变流器实现最大风能跟踪，通过网侧变流器实现直流侧电压的稳定调节和单位功率因数控制；当电网电压跌落时，通过Crowbar保护电路消纳多余能量，实现PMSG的低电压穿越。

1.机侧变流器的控制策略

PMSG在dq同步旋转坐标系下的矢量数学模型为

式中　ωc——转子的电角速度；

、——定子电压、电流矢量；

、——定子磁链矢量、转子永磁体在定子中感应的磁链矢量；

Ls＿d、Ls＿q——定子d轴和q轴电感；

Rs——定子电阻；

Tc、Ps、Qs——PMSG的电磁转矩、定子侧有功、无功功率；

p——PMSG的极对数；

、——定子电流的d轴分量和q轴分量。

忽略定子电阻及定子磁链变化，将同步旋转坐标系的d轴定向在定子磁链矢量上，由式（7-28）可得PMSG定子侧有功功率、无功功率和电磁转矩方程为

由式（7-29）可知，通过分别控制定子电流的d轴分量和q轴分量可以实现PMSG机组的有功功率和无功功率的解耦控制。

图7-21为PMSG机组的机侧变流器控制策略框图。该控制系统内环为电流控制环，电流参考指令、分别取决于外环控制的定子电压控制和最大功率跟踪控制。其中，最大功率跟踪控制曲线Popt（ωc）如图7-22所示。(www.xing528.com)

图7-21　PMSG机组的机侧变流器控制策略框图

图7-22　PMSG最大功率跟踪控制曲线

2.网侧变流器的控制策略

图7-23为全功率变流器在dq同步旋转坐标系下矢量等效电路。由图7-24可知，全功率变流器的电压、功率方程为

图7-23　全功率变流器的矢量等效电路

式中　、——网侧电压、电流矢量；

——网侧变流器交流侧输出电压矢量；

Rc、Lc——网侧滤波电抗器的等效电阻、电感；

C、——直流侧电容、直流侧电压；

Pg、Qg——网侧有功、无功功率。

忽略电阻Rc及电感Lc的电磁暂态过程，采用电网电压定向的矢量控制策略，由式（7-30）可得PMSG网侧变流器有功、无功功率方程为

由式（7-31）可知，通过对网侧电流d轴分量和q轴分量Ig＿d、Ig＿q的分别控制可以实现PMSG网侧变流器功率解耦控制。

传统控制策略通常采用网侧变流器实现直流电压控制及单位功率因数控制，控制结构如图7-24所示。