1。3。2 永磁直驱风力发电系统拓扑结构

变流器控制系统是风力发电机组的关键部件，采用简单高效的控制策略可以很好地提升 风电系统的整体效率。不同类型的发电机比如鼠笼型或永磁同步型与相应的变流器结合可以 构成多种多样的变速恒频风力发电系统。目前兆瓦级风电机组普遍采用的一种拓扑结构是双 馈式。随着风电机组单台发电容量的持续增加以及海上风电的快速发展，永磁直驱风力发电 系统获得了更多的关注与应用[5]。 论文网

相比其他系统永磁直驱风电机组具有许多优点：（1）直驱式无需齿轮箱设计，便于后期 维护特别是在海上风电等场合；（2）具有更高的效率和功率密度，可靠性更高；（3）带有背 靠背双 PWM 结构的永磁直驱系统的电机转速变化范围宽，因为电网与发电机隔离所以机组具 有更强的故障穿越能力。 

风力发电的不同阶段电流具有不同的特点，发电机输出的是频率变化的三相交流电流， 它必须经过整流逆变转换为频率不变的电流才可以并入电网。发电机与电网之间的拓扑结构 主要有四种[19]：（1）机侧采取不控整流，网测采取 PWM 逆变。发电机输出的三相交流电先经 过整流器到达直流母线环节，再逆变为工频交流电并入电网，直流母线电压一般由逆变器保 持稳定。该拓扑结构能量只能从发电机向电网方向流动，电网不能给发电机提供能量。此外 因为采用不控整流导致电流中谐波分量较多，发电机的铜损和铁损相应增大。此种结构已经 很少采用。 

（2）机侧采取不控整流电路，再经过 boost 升压电路，最后网侧实行 PWM 逆变。能量经 由不可控整流变流器到达直流侧，再经过升压电路到达逆变器直流侧，最后通过逆变器与电 网相连。此种结构不满足四象限工作的条件，且不控整流使电流谐波增加从而降低发电机效 率，在运行中收到较大限制；而且大功率系统的升压电路设计也较为困难。但是由于成本较 低，当前直驱式风电机组中此种结构使用仍然较多。 

（3）机侧采取相控整流方式，网测采取 PWM 逆变方式。相控整流在一定程度上可以降低 电流中的谐波分量，但电流中谐波的影响依然较大，所以此种结构应用并不广泛。 

（4）采用背靠背双 PWM 控制。该拓扑结构满足四象限运行条件，脉宽调制整流可以有效 的减少电流中的谐波分量，从而降低发电机的铜损和铁损；直流电流经过 PWM 逆变器转换为 三相交流电并入电网。但是该拓扑结构要求两个与发电机同功率的变流器，成本增加较大[23]； 但因为此方案综合性能良好且技术发展较快，已成为目前使用范围最为广泛的方案。 

应用背靠背双 PWM 控制技术的永磁直驱式风电机组可以实现能量在发电机和电网之间的 双向流动。利用整流器控制转速从而实现风能的最大功率点追踪，网测逆变器则使直流母线 电压保持稳定。 

1。4  本文主要研究内容

本文首先介绍了风力发电系统的一些基本知识和原理，包括风力发电系统的种类、风力 发电机并网的拓扑结构。之后介绍了风力机和永磁同步发电机的数学模型，在数学模型的基 础上进行了风能的最大功率点跟踪的 simulink 仿真。仿真中发电机的控制策略采用的是零 d 轴法，风能最大功率点跟踪采用的是最佳叶尖速比法，在具体的控制过程中为了提高控制精 度和发电效率采用了空间矢量脉冲宽度调制技术（SVPWM）和电压前馈解耦控制等方法。最后 在 Code Composer Studio 开发环境中编写了空间矢量脉冲宽度调制和零 d 轴控制策略的 C 语 言代码，利用 TMS320F28335 数字信号处理器在示波器上得到了理想的 PWM 波形。