第2章　直驅永磁風力發電系統的組成與設計

2.1　直驅永磁風力發電系統的構成與運行原理

作為變速恒頻發電系統的典型代表，背靠背雙PWM直驅永磁風電機組不僅具有良好的運行特性，還因其效率高、維護量小、發電機結構相對簡單易控制、適應電網能力強以及發電性能穩定等優勢，日益受到人們的關注。本章針對背靠背雙PWM全功率變流器控制的直驅永磁風電機組（direct-driven permanent magnet synchronous generator，D-PMSG）進行研究，其系統的拓撲結構如圖2-1所示，由風力機、低速多極直驅永磁風力發電機（PMSG），PWM變流器、中間直流環節和PWM變流器、濾波器以及變壓器組成。

圖2-1　背靠背雙PWM全功率變流器控制的直驅型永磁風力發電系統拓撲結構

如圖2-1所示，直驅永磁風力發電系統的工作原理如下：自然風以某一速度和攻角作用到風輪槳葉上，生成旋轉力矩，帶動風輪旋轉以此捕獲風能，同時將風能轉換成軸上的機械能輸出，由于風輪與直驅永磁風力發電機同軸，可直接驅動發電機旋轉。當達到切入風速時，PWM變流器開始工作，機側變流器吸收永磁風力發電機輸出的幅值、頻率和相位交變的交流電，并將其整流成直流電；直流環節用來存儲、緩沖整流后的直流電能，同時也能吸收所連接變流器的無功功率，使有功功率和無功功率在直流環兩側保持平衡；網側變流器將直流電逆變成頻率和電網等頻率、等相位以及等幅值的交流電，再經濾波、變壓后并入公共電網。

采用雙PWM全功率變流器的優點是可以通過改變PWM的調制深度來改變發電機的轉速，通過調節定子側的d、q軸電流分量，實現轉速和轉矩的獨立解耦控制，額定風速下實現最大功率點跟蹤、捕獲最大風能為控制目標；電網側PWM變流器同樣可以通過調節網側的d、q軸電流分量，實現有功功率和無功功率的解耦控制，達到單位功率因數能量傳輸，同時還要確保直流側母線電壓的穩定，改善輸入到電網的電能質量。