永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)閉環(huán)弱磁控制研究*

霍現(xiàn)旭，　李國(guó)棟，　朱曉輝，　葛少云

(1. 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司 電力科學(xué)研究院， 天津　300380；

2. 天津大學(xué) 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津　300072)

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永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)閉環(huán)弱磁控制研究*

霍現(xiàn)旭1，2，李國(guó)棟1，朱曉輝1，葛少云2

(1. 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司 電力科學(xué)研究院， 天津300380；

2. 天津大學(xué) 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津300072)

摘要：在對(duì)弱磁控制的背景及其必要性進(jìn)行分析后，提出了閉環(huán)弱磁控制策略，并針對(duì)大功率風(fēng)電機(jī)組的大慣性特性，基于空間狀態(tài)方程特征根法對(duì)電流控制環(huán)和弱磁控制環(huán)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。對(duì)風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率跟蹤特性及弱磁控制方案進(jìn)行仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明弱磁控制能夠增加風(fēng)電機(jī)組輸出功率，控制器參數(shù)設(shè)計(jì)具有實(shí)用性與可行性。

關(guān)鍵詞：永磁同步發(fā)電機(jī)； 風(fēng)力發(fā)電； 最大輸出功率； 弱磁控制

0引言

由于永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)兼容性好、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在大功率應(yīng)用場(chǎng)合特別是海上風(fēng)電建設(shè)中更受青睞[1]。永磁風(fēng)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器控制目的是實(shí)現(xiàn)永磁同步發(fā)電機(jī)(Permanent Magnetic Synchronous Generator, PMSG)的有功無(wú)功解耦控制，同時(shí)隨著風(fēng)速的變化發(fā)電機(jī)輸出功率跟蹤機(jī)組轉(zhuǎn)速-功率曲線。受PMSG繞組、變流器功率器件電流等級(jí)及直流母線電壓的制約，機(jī)側(cè)變流器的控制會(huì)存在電壓和電流極限。在電壓、電流受到限制條件下，發(fā)電機(jī)的輸出功率同樣會(huì)受到制約。在常見的id=0控制策略下，當(dāng)電機(jī)最大輸出功率不能滿足機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率曲線時(shí)，需要進(jìn)行弱磁控制以擴(kuò)大電機(jī)的運(yùn)行范圍。目前還沒(méi)有文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)中常規(guī)控制策略不能滿足機(jī)組運(yùn)行功率曲線這一問(wèn)題進(jìn)行討論。

弱磁控制方案分為開環(huán)弱磁[2-4]和閉環(huán)弱磁[5-7]控制。開環(huán)弱磁控制嚴(yán)格依賴電機(jī)參數(shù)，需要進(jìn)行大量的離線計(jì)算，并且不對(duì)所有電機(jī)具有通用性。閉環(huán)弱磁控制對(duì)機(jī)側(cè)變流器輸出電壓幅值和隨轉(zhuǎn)速變化的電壓限幅值進(jìn)行比較并進(jìn)行閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)，對(duì)電機(jī)具有普遍適用性。

針對(duì)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)中常規(guī)控制策略不能滿足機(jī)組運(yùn)行特性這一問(wèn)題，本文分別對(duì)風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率特性及發(fā)電機(jī)在id=0控制策略下的電磁功率特性進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)弱磁控制的條件及其必要性進(jìn)行闡述?；谟来磐诫姍C(jī)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，提出了閉環(huán)弱磁控制策略，并針對(duì)大功率風(fēng)電機(jī)組的大慣性特性，對(duì)電流控制環(huán)和弱磁控制環(huán)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。最后，對(duì)所提的策略進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證。

1弱磁控制策略

1.1風(fēng)電機(jī)組弱磁控制需求分析

變速變槳距風(fēng)電機(jī)組主要有變速運(yùn)行和變槳距運(yùn)行兩種模式[8]。以一臺(tái)2MW的風(fēng)機(jī)為例，葉輪直徑為87m，風(fēng)電機(jī)組的額定風(fēng)速為 12m/s，切入風(fēng)速為3m/s，切出風(fēng)速為25m/s，葉輪的額定轉(zhuǎn)速為16.5r/min，齒輪箱升速比為1∶70，此機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率曲線如圖1所示。

風(fēng)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器一般采用id=0控制[9]。受直流母線電壓以及變流器功率器件等級(jí)的限制，id=0控制條件下永磁同步電機(jī)的輸出電磁功率也會(huì)受到限制，根據(jù)最大輸出功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速-功率曲線交點(diǎn)不同可以分為兩種情況。在圖1中，曲線1在電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速之前與風(fēng)電機(jī)組的功率特性曲線相交于A1點(diǎn)；曲線2在電機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速時(shí)與風(fēng)電機(jī)組功率特性曲線相交于A2點(diǎn)。

圖1　id=0控制電機(jī)電磁功率輸出能力曲線

由圖1可以看到，在id=0控制條件下，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，電機(jī)的輸出電磁功率下降，在A1或A2點(diǎn)之后發(fā)電機(jī)的最大輸出功率已經(jīng)不能滿足功率特性曲線。因此，必須改變機(jī)側(cè)變流器的控制策略以提高發(fā)電機(jī)的最大輸出功率，使得發(fā)電機(jī)的輸出功率能夠跟蹤功率特性曲線運(yùn)行。

1.2電機(jī)模型

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PMSG的電壓方程為

(1)

功率方程為

Pe=PPC(ωr)=1.5ωr[ψfiq+(Ld-Lq)idiq]

(2)

式中:PPC(ωr)——風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率曲線；

ud、uq——定子dq軸電壓分量；

id、iq——定子dq軸電流分量；

Ld、Lq——定子dq軸電感；

ωr——轉(zhuǎn)子電角速度；

Ψf——永磁體磁鏈。

電機(jī)的功率輸出主要受電壓、電流極限的制約，其中，定子電壓極限跟母線電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)；定子電流極限與功率器件電流等級(jí)相關(guān)。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

(3)

在SVPWM調(diào)制方式下，定子電壓的基波分量峰值與直流母線電壓的關(guān)系為

(4)

定子電流幅值不應(yīng)超過(guò)功率器件的電流等級(jí)，即

(5)

圖2為dq電流平面內(nèi)由式(4)和式(5)確定的電壓電流極限軌跡。其中，電流極限軌跡為一電流極限圓；隨著轉(zhuǎn)速的增加電壓極限軌跡為一簇減小的橢圓。

圖2　電壓電流極限軌跡

在id=0控制方式中，忽略定子電阻，機(jī)側(cè)變流器在功率跟蹤過(guò)程中達(dá)到最大電壓臨界狀態(tài)下的方程式為

(6)

將id=0代入即可得到id=0控制方式下的轉(zhuǎn)折速度。電機(jī)的電角速度超過(guò)轉(zhuǎn)折速度后，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]。

在插入式永磁同步電機(jī)中，若令直軸電流為負(fù)值，則可以在維持定子電壓恒定值usmax的條件下增加功率。根據(jù)轉(zhuǎn)折速度與額定速度的關(guān)系，若情況為圖1中曲線1，則反映在圖2的電壓電流極限軌跡中整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電流運(yùn)行軌跡為O-A-B-C-D；情況為曲線2時(shí)，圖2的電流運(yùn)行軌跡為O-A-C-D。

1.3閉環(huán)弱磁控制策略

永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)機(jī)側(cè)變流器采用轉(zhuǎn)子定向進(jìn)行矢量控制。根據(jù)直軸電流參考值idref給定方式不同，風(fēng)電機(jī)組在進(jìn)行轉(zhuǎn)速-功率曲線跟蹤過(guò)程中可以分為兩部分： 在轉(zhuǎn)折速度以下，采用id=0控制；轉(zhuǎn)折速度以上，采用弱磁控制，直軸電流參考值由弱磁控制環(huán)節(jié)給定。整個(gè)系統(tǒng)的控制矢量圖如圖3所示。其中，電流控制增加了抑制負(fù)載擾動(dòng)的有源阻尼控制環(huán)節(jié)，具體分析可以參考文獻(xiàn)[11]。

圖3　全速度范圍內(nèi)機(jī)側(cè)變流器控制策略

永磁同步電機(jī)的弱磁控制環(huán)節(jié)輸入為調(diào)制電壓幅值與電壓極限。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)折速度時(shí)，采用id=0控制。對(duì)調(diào)制得到的交直軸電壓分量進(jìn)行合成可以得到調(diào)制電壓的幅值：

(7)

若對(duì)調(diào)制電壓幅值進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，當(dāng)us=usmax時(shí)，說(shuō)明此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)到達(dá)轉(zhuǎn)折速度，閉環(huán)弱磁控制算法立刻切入，則定子直軸電流分量參考值idref切換過(guò)程可以通過(guò)一個(gè)閾值判斷函數(shù)進(jìn)行表示：

(8)

弱磁控制器采用純積分控制器，將電壓極限值與調(diào)制電壓幅值做差送入積分控制環(huán)節(jié)，可以得到弱磁條件下定子電流的直軸分量。文獻(xiàn)[7]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)即可實(shí)現(xiàn)很好的弱磁控制性能。由此得到弱磁控制器為

(9)

式中：kifw——控制器積分系數(shù)。

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；電機(jī)弱磁判斷條件為調(diào)制電壓幅值，只有當(dāng)電壓幅值到達(dá)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。需要指出的是，由于諧波磁鏈、諧波電感及諧波電壓的影響，在選取usmax時(shí)必須低于理想情況下計(jì)算得到的usmax，否則會(huì)出現(xiàn)積分飽和等現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。

1.4弱磁控制積分系數(shù)設(shè)計(jì)

電流控制器的d軸電流參考值即為弱磁控制器的輸出值，故弱磁控制器與電流控制器是相互耦合的。弱磁控制器積分系數(shù)的選取不僅會(huì)影響弱磁控制環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)對(duì)電流控制環(huán)的動(dòng)態(tài)性能有影響。因此積分系數(shù)的選取需配合電流控制環(huán)進(jìn)行。

按照文獻(xiàn)[11]電流控制器的參數(shù)選取規(guī)則，dq軸電流控制器的PI參數(shù)選擇為

Rad=αcLd-Rs

Raq=αcLq-Rs

(10)

式中：αc——電流控制環(huán)的帶寬，其取值為αc=0.5/(TPWM+Tc)；

TPWM——PWM周期；

Tc——電流環(huán)采樣周期；

kpd、kid、kpq、kiq——分別為dq軸電流的比例和積分增益；

Rad、Raq——分別為dq軸電流反饋環(huán)節(jié)的有源阻尼系數(shù)，其目的是提高電流控制器的抗擾性能。

經(jīng)過(guò)電流控制環(huán)節(jié)電機(jī)調(diào)制電壓可以表示為

udref=kpdied+kidIed-ωrLqiq-Radid

(11)

其中：

(12)

結(jié)合式(1)、(10)和(11)，可以得到

(13)

當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在弱磁運(yùn)行區(qū)域時(shí)，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)O附近進(jìn)行小信號(hào)分解，則有

udref=udO+Δud

uqref=uqO+Δuq

(14)

(15)

(16)

對(duì)于大功率永磁風(fēng)電系統(tǒng)，定子交軸電感很小，轉(zhuǎn)折速度以上ωrLqiqref≤0.2usmax，因此p(s)可以近似為

進(jìn)一步可以得到系統(tǒng)的特征方程為

(17)

其中，重復(fù)極點(diǎn)-αc表征電流控制環(huán)的動(dòng)態(tài)特性，單極點(diǎn)-kifwωfLq表征弱磁控制環(huán)的動(dòng)態(tài)特性。

由于電機(jī)可以等效為一個(gè)感性負(fù)載，故其電流具有滯后性，則弱磁控制環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能應(yīng)慢于電機(jī)電流的動(dòng)態(tài)性能。電機(jī)直軸電流的等效時(shí)間常數(shù)為Rs/Ld，令弱磁控制環(huán)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間為電機(jī)直軸電流響應(yīng)速度的2倍，則有kifwωfLq=2Rs/Ld，由此可以得到弱磁控制環(huán)的積分系數(shù)：

(18)

結(jié)合電流環(huán)與弱磁環(huán)進(jìn)行參數(shù)的選取既能滿足電流控制環(huán)節(jié)的快速性，又能在弱磁控制環(huán)節(jié)及時(shí)調(diào)整直軸電流的參考值。

2仿真驗(yàn)證

基于閉環(huán)弱磁控制原理及控制器參數(shù)選取原則，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)。以一臺(tái)2MW高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例進(jìn)行分析，永磁同步電機(jī)參數(shù)如表1所示，風(fēng)力機(jī)及傳動(dòng)鏈的額定參數(shù)與前文分析參數(shù)相同。直流母線電壓由一個(gè)恒定的直流電壓源代替，其電壓設(shè)定為1060V，則機(jī)側(cè)變流器能夠輸出的最大電壓為612V，對(duì)應(yīng)線電壓有效值為749V。考慮到死區(qū)效應(yīng)、控制裕量及定子額定電壓，設(shè)定機(jī)側(cè)變流器最大輸出電壓為571V，對(duì)應(yīng)線電壓有效值為700V。機(jī)組的功率曲線按照前文中的給定。轉(zhuǎn)折速度以下，機(jī)側(cè)變流器采用id=0控制；轉(zhuǎn)折速度以上切入弱磁控制環(huán)節(jié)，電機(jī)是否到達(dá)轉(zhuǎn)折速度由實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)電壓進(jìn)行計(jì)算得到。仿真開關(guān)頻率為2kHz，電流采樣時(shí)間為PWM周期的0.5倍。

表1　永磁同步電機(jī)參數(shù)

根據(jù)轉(zhuǎn)速-功率特性曲線及電機(jī)的參數(shù)計(jì)算，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)入弱磁控制區(qū)域，與圖1中的曲線2相對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)速-功率曲線與id=0控制方式最大功率輸出曲線交點(diǎn)處功率為1451kW。為了驗(yàn)證由id=0過(guò)渡到弱磁控制區(qū)的動(dòng)態(tài)性能，以及弱磁控制區(qū)域的穩(wěn)態(tài)性能，仿真選取額定轉(zhuǎn)速處功率給定1400kW與1600kW及滿功率2000kW進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)律，各控制環(huán)節(jié)參數(shù)給定如下：kpd=0.39，kid=390，kpq=0.42，kiq=420，Rad=0.388，Raq=0.418，kifw=3.04。

圖4為閉環(huán)弱磁控制的仿真波形。其中圖4(a)為根據(jù)弱磁判斷條件得到的交直軸電流響應(yīng)波形；圖4(b)為三相電流波形；圖4(c)為ab相線電壓調(diào)制波形。圖5為控制方式由id=0控制切入閉環(huán)弱磁控制的直軸電流響應(yīng)波形，即圖4(a)中標(biāo)注部分。

圖4　閉環(huán)弱磁控制仿真波形

圖5　閉環(huán)弱磁控制切入時(shí)直軸電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形

結(jié)合圖4、圖5可以看到，在電機(jī)進(jìn)行弱磁切換瞬間，弱磁控制環(huán)節(jié)經(jīng)過(guò)短時(shí)間調(diào)節(jié)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。這對(duì)于大慣量風(fēng)電系統(tǒng)已經(jīng)足夠，從而驗(yàn)證了弱磁控制積分系數(shù)選擇的正確性。由于弱磁閉環(huán)環(huán)節(jié)的存在，定子d軸電流的調(diào)節(jié)速度相較于q軸電流調(diào)節(jié)速度稍慢。在實(shí)際系統(tǒng)中由于風(fēng)機(jī)的大慣性特性，電機(jī)轉(zhuǎn)速是緩慢變化的，弱磁控制能夠平穩(wěn)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度足以跟蹤風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率曲線。

3試驗(yàn)驗(yàn)證

基于控制原理與仿真分析，在地面試驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率跟蹤及弱磁控制進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果是試驗(yàn)參數(shù)與仿真分析中的參數(shù)完全一致。由于系統(tǒng)功率等級(jí)較大，由兩套背靠背變流器并聯(lián)進(jìn)行試驗(yàn)，兩套功率單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)完全相同。地面試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6　試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

電機(jī)側(cè)變流器采用兩電平PWM變流器，開關(guān)頻率設(shè)定為2kHz，調(diào)制采用SVPWM調(diào)制。在控制芯片中對(duì)控制得到的參考電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)幅值計(jì)算，當(dāng)電壓幅值不超過(guò)電壓極限時(shí)，采用id=0控制；當(dāng)電壓到達(dá)電壓極限時(shí)，投入弱磁控制環(huán)節(jié)，電機(jī)的d軸電流由弱磁控制環(huán)節(jié)給定。

圖7為按照功率曲線進(jìn)行功率跟蹤過(guò)程中采集得到的id-iq關(guān)系圖。本文主要關(guān)注弱磁控制特性，因此截取了電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后的功率跟蹤狀態(tài)，其中AB段為進(jìn)入弱磁控制之前采用id=0控制的電流響應(yīng)曲線；隨著功率增加，到達(dá)B點(diǎn)后控制切入弱磁控制，試驗(yàn)結(jié)果顯示弱磁控制能夠平穩(wěn)切入，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有明顯沖擊；BC段為弱磁控制階段，C點(diǎn)處機(jī)組到達(dá)額定功率2000kW。

圖7　額定轉(zhuǎn)速功率跟蹤過(guò)程定子電流軌跡

圖8為額定功率處的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)AB相線電壓與A相電流波形，其中A相電流為單套功率單元的電流波形，為電機(jī)總電流的一半。由圖8可以看到電機(jī)進(jìn)入弱磁控制環(huán)節(jié)后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行效果平穩(wěn)，由此驗(yàn)證了電流控制環(huán)及弱磁控制環(huán)控制參數(shù)選擇的有效性。

圖8　滿載穩(wěn)態(tài)電壓及電流波形

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)中常規(guī)id=0控制策略不能滿足機(jī)組運(yùn)行特性這一問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了當(dāng)控制輸出電壓幅值達(dá)到電壓限幅后，如果功率繼續(xù)增加，則應(yīng)采取保持電壓幅值不變的弱磁控制策略。結(jié)合大功率風(fēng)電機(jī)組的大慣性特性，在保證電流控制環(huán)的快速性和弱磁控制環(huán)的及時(shí)性條件下，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行了選取。從仿真和試驗(yàn)結(jié)果，可以看到弱磁控制環(huán)節(jié)能夠有效提高發(fā)電機(jī)的輸出功率，進(jìn)而滿足機(jī)組的轉(zhuǎn)速-功率曲線；參數(shù)的設(shè)計(jì)能保證整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)快速性和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]林鶴云，郭玉敬，孫蓓蓓，等.海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版，2011，41(4)： 882-888.

[2]朱磊，溫旭輝，趙峰，等.永磁同步電機(jī)弱磁失控機(jī)制及其應(yīng)對(duì)策略研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(18)： 67-72.

[3]TURSINI M， CHIRICOZZI E， PETRELLA R. Feedforward flux-weakening control of surface-mounted permanent magnet synchronous motors accounting for resistive voltage drop [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2010，57(1)： 440-448.

[4]唐朝暉，丁強(qiáng)，喻壽益，等.內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)的弱磁控制策略[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2010，14(5)： 68-72.

[5]吳芳，萬(wàn)山明，黃聲華，等.一種過(guò)調(diào)制算法及其永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，25(1)： 58-63.

[6]JEVREMOVIC V R， MARCETIC D P. Closed-loop flux weakening for permanent magnetsynchronous motors[C]∥4th IET Conference on Power Electronics， Machines and Drives， 2008： 717-721.

[7]HARNEFORS L, PEITILAINEN K, GERTMAR L. Torue-maximizing field-weakening control： design，analysis，and parameters selection [J]. IEEE Transactions On Industry Electron， 2001，48(1)： 161-167.

[8]夏安俊，胡書舉，許洪華.大型風(fēng)電機(jī)組自抗擾轉(zhuǎn)速控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2012，16(9)： 33-38.

[9]胡書舉，李建林，許洪華.直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)變流器建模和跌落特性仿真[J].高電壓技術(shù)，2008，34(5)： 949-954.

[10]汪令祥，張興，張崇巍,等.永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合矢量控制策略研究[J].電力電子技術(shù)，2010，44(2)： 1-3.

[11]WALLMARK O. On control of permanent magnet synchro-nous motors in hybrid-electric vehicle applications [D]. Univ of Goteborg， Sweden， 2004.

Research on Close-Loop Field Weakening Control of

PMSG Wind Power System

HUOXianxu1，2，LIGuodong1，ZHUXiaohui1，GEShaoyun2

(1. Electric Power Research Institute, State Grid Tianjin Electric Power Company， Tianjin 300380，

China； 2. Key Laboratory of Smart Grid， Tianjin University， Tianjin 300072， China)

Abstract：After analysis of the background and necessity of field weakening， close-loop field weakening control for generator side converter was introduced. Considering the large inertia property of wind turbine， the parameters of current control loop and field weakening control loop were designed based on the eigenvalue method of state space equations. Simulation and experimental verification were carried out to verify the effectiveness of output power improvement by using field weakening control and the practicality and feasibility of control parameters.

Key words：permanent magnetic synchronous generator(PMSG)； wind generation； maximum output power； field weakening control

收稿日期：2015-07-16

中圖分類號(hào)：TM 315

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-6540(2016)01- 0054- 06

作者簡(jiǎn)介：霍現(xiàn)旭(1986—)，工程師，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電、智能電網(wǎng)規(guī)劃與控制。

*基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2014AA05200)