当前课程知识点：现代电力电子技术及应用 > 第2章双PWM变流器及其在风电机组并网中的应用 > 2.9 PMSG的控制策略 > 2.9 PMSG的控制策略
直驱式PMSG的全功率换流器
主要控制目标是在维持直流电压稳定的情况下
实现最大风能追踪
将风能最大限度的转化为电能输送给电网
并对电网提供一定无功支撑
本节主要介绍直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略
目前对全功率换流器的控制策略
主要包括矢量控制和直接功率制
矢量控制理论成型较早、技术成熟
但是计算量大、对参数变化敏感
直接转矩控制方式下转矩动态响应速度快
控制结构简单
然而低速时转矩脉动大
永磁直驱风电系统中
发电机转速低
同时矢量控制的双闭环结构
能够实现优良的动态性能和限流能力
因此本节仅介绍PMSG的矢量控制系统
PMSG的机侧换流器
和网侧换流器各有一套独立的矢量控制系统
分别控制电磁功率和直流电压
对于这两个换流器
有两种协同控制方法
协同控制策略I如图所示
机侧换流器控制电磁功率
实现最大风功率跟踪
网侧换流器控制直流电压
实现输出有功无功的解耦控制
在协同控制策略I中
网侧换流器与DFIG的网侧换流器控制方法相同
此处不再赘述
机侧换流器对电机输出转矩的控制
最终归结为对交轴、直轴电流id、iq的控制
由于永磁同步电机通过编码器可以方便的检测到转子位置
因此其矢量控制通常基于转子磁链定向
对给定的电磁转矩
直轴和交轴电流有不同控制方式的组合
如图2所示
在同步旋转坐标系中
d轴定向于PMSG永磁体磁链ψf方向
稳态时
定子电压方程可降阶为式（1）
由于定、转子磁链存在角度差δ
定子电压的q轴分量usq并不为0
通过永磁同步电机的数学模型可以看出
在基于转子磁链定向的同步旋转坐标系中
有功（转矩）并未和无功完全解耦
为简化控制
通常控制定子d轴电流为零
即isd =0
则有功和无功功率以及转矩可进一步表示为式（2）
可见
电磁功率Ps及转矩Te与q轴电流isq呈线性关系
通过控制定子电流的q轴直流分量
可控制电磁功率及转矩
使电机的转矩控制环节得到简化
机侧换流器在isd=0
控制方式下的矢量控制框图如图3所示
当从最大功率跟踪曲线得到转矩设定值Te*时
电机d、q 轴电流的参考值即可表示为式（3）
电压usd、usq之间存在耦合项
ωeLsdisq和ωeLsqisd
可以通过前馈补偿的方法将其作为干扰前馈补偿后
就可以消除两者之间的耦合
d、q 轴电流的反馈值由定子侧电流计算获得
转子位置角由编码器检测获得
计算得到d、q 轴电压参考值后
经坐标变换和PWM发生器
得到PMSG机侧换流器三相PWM调制信号
实现机侧换流器的控制
永磁同步电机不需要换流器提供励磁电流
但在isd=0控制时
电机与换流器之间存在不必要的无功交换
为使换流器容量最小化
降低成本
可控制电机运行在单位功率因数状态
即控制无功为0
传统的单位功率因数控制是基于转子磁链定向的
调节d轴电流
使其补偿q轴电流所产生的无功分量
即可使发电机运行于单位功率因数
如图4所示
这种控制策略虽然可以降低换流器的额定容量
但是
定子电压随发电机转速的变化而变化
可能导致换流器过电压及发电机转子超速
同时
由于转子磁链定向
使得电机定子侧有功（转矩）
无功与isd、isq都存在耦合
d轴与q轴电流的参考值计算困难
且动态性能不如有功、无功的独立解耦控制
针对上述问题
下面将介绍一种
基于定子磁链二次定向的
机侧换流器矢量控制的方法
该方法结合转子磁链定向的id=0控制
和单位功率因数控制的优点
既可实现机侧有功、无功功率的解耦控制
达到单位功率因数要求
并且算法简单、易于实现
该控制策略的基本思路是
首先通过编码器准确检测到
永磁同步电机的转子位置
将定子电压矢量Us
和定子磁链矢量ψs
定向在基于转子磁链定向的同步旋转坐标系中
得到在此坐标系下各矢量之间的位置关系
再将原有转子磁链定向下的
各物理量二次定向于
定子磁链为d’轴的同步旋转坐标下
此时再令isd*=0
即可实现永磁同步电机的有功、无功的解耦控制
采用基于定子磁链二次定向的单位功率因数控制的
永磁同步电机矢量图如图5所示
经过定子磁链二次定向后
新坐标系下永磁发电机的定子电压可表示为式（4）
PMSG的功率和转矩可表示为式（5）
由此得到基于定子磁链二次定向的
矢量控制框图如图6所示
令d轴电流参考值为0
由电磁转矩给定值计算q轴电流参考值
与反馈值比较后经PI调节器输出
再加上干扰前馈补偿项
即可得到d、q轴电压的参考值
经坐标变换和PWM发生器得到PMSG
机侧换流器三相PWM调制信号
实现机侧换流器的控制
在PMSG的协同控制策略II中
机侧换流器控制直流电压的稳定
根据是否需要单位因数控制可采用转子磁链定向
或定子磁链定向
q轴电流的参考值由直流电压的PI调节器确定
其他环节与控制策略I相同
网侧换流器作为直驱式
风力并网发电系统中的一个重要的组成部分
协调控制有功功率和无功功率的流动
在电网扰动情况下具有更好的动态特性
网侧换流器的控制仍采用
基于定子电压定向的矢量控制
如图8所示
只是外环由电磁功率
控制器给定d轴的有功电流参考值
而电磁功率的给定值
仍由风力机控制器中的最大功率跟踪控制确定
本节主要对直驱永磁同步风电机组中的控制策略
进行了介绍
再见
-1.1无功补偿与有源滤波概述
-1.2SVG与APF关键技术
-1.3三相桥式PWM逆变电路
-1.4瞬时功率计算方法
-1.5谐波和无功电流的实时检测
-1.6SVG工作原理及应用
-1.7APF系统控制与仿真
-1.8SVG控制技术与仿真
-第一章习题
-2.1 风力发电技术概述
-2.2 风力发电机组
-2.3 双PWM变流器的运行
-2.4 风力机模型
-2.5 双PWM变流器的数学模型
-2.6 DFIG的数学模型
-2.7 DFIG的控制策略
-2.8 PMSG的数学模型
-2.9 PMSG的控制策略
-第二章习题
-3.1 柔性直流输电系统概述
-3.2 柔性直流输电的拓扑结构
-3.3 子模块的拓扑结构及工作原理
-3.4 MMC的调制方法——NLM
-3.5 MMC的调制方法——PWM
-3.6 MMC-HVDC的建模
-3.7 MMC的谐波分析
-3.8 MMC的均压均流控制
-3.9 柔直换流器的控制系统
-第三章习题
-4.1 蓄电池储能系统概述
-4.2 双向DC-DC变换电路拓扑
-4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
-4.4 双向Buck/Boost变换器工作原理（二）
-4.5 双向Buck/Boost变换器数学模型
-4.6 蓄电池模型
-4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
--4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
-第四章习题
-5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（上）
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（下）
-5.2 双有源桥式变换器拓扑及工作原理
-5.3 双有源桥式变换器最小无功功率控制
-5.4 双有源桥式变换器软开关技术
-5.5 双有源桥式变换器在直流电力电子变压器中的应用
-5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（上）
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（下）
-第五章习题
