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浅谈直驱永磁发电机机侧的弱磁控制 　　摘 要：在风力发电机组满功率运行时，由于风况多变，存在变桨滞后等现象；此时主要的表现为：发电机转速波动很大，而这种转速的波动在一定范围内是被允许的。对于双馈发电机来说，此时可以通过降低双馈发电机励磁电流来降低磁通以达到控制功率输出的目的；而直驱永磁电机由于采用永磁体作为磁场的提供者，其产生的磁场是无法调节的，那么在转速发生波动的情况下，如果不采取任何措施，就会出现功率输出会跟随转速波动而波动。能否让永磁发电机如同双馈发电机一样控制磁通量来达到控制功率的效果，对此该文进行了分析与阐述。 　　关键词：永磁电动机 永磁发电机 弱磁控制 　　中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（a）-0069-03 　　在风力发电技术的发展过程中，有2个发展方向：一是双馈异步风力发电，一是永磁同步风力发电；分别选用了永磁同步发电机与双馈异步发电机作为发电主设备。 　　双馈机组的异步发电机在结构上为定转子三相对称，转子电流由滑环接入。通过增速齿轮箱将风速的变化传递到发电机，为保持定子电流频率的恒定，可以控制转子电流的频率，从而实行了风电机组的功率控制。 　　永磁发电机组是以永磁发电机、全功率变流器为核心的风力发电系统，通过全功率变流器与高压电网相联，变流器将风电机组输出的不停变化的交流电，首先变换成直流电，再通过逆变器逆变成电网需要的电压、频率和幅值及相位。 　　1 永磁发电机满功率运行时存在的问题 　　在满功率运行时，风况多变，存在变桨滞后的现象，此时主要的表现为：发电机转速波动很大。而这种转速的波动在一定范围内是被允许的，例如：金风2.5 MW-121（叶片）风力发电机组额定转速为m转/min，最大允许的额定转速为1.1倍的额定转速。 　　对于双馈发电机来说，此时可以通过降低双馈发电机励磁电流来降低磁通来达到控制功率输出的目的；而直驱永磁电机由于采用的永磁体作为磁场的提供者，其产生的磁场是无法调节的，那么在转速发生波动的情况下，如果不采取任何措施，会出现功率输出会跟随转速波动而波动，最大功率将为1.1倍的额定功率；而根据有功功率高故障的触发条件，此时就会造成机组的故障停机。 　　此时，首先想到将超发的有功功率消耗掉，那么根据目前风力发电机组设计来看，能够快速消耗掉电能的元器件为制动电阻；但制动电阻的启停是受到限制的，不可能长时间或频繁启动来消耗超发的电能。这种办法不能解决超发，那么此时就会考虑，能不能让永磁发电机如同双馈发电机一样控制磁通量来达到控制功率的效果。 　　2 永磁发电机采用了弱磁控制的控制方式 　　上节所述，在功率输出恒定的情况下，永磁电动机为了得到更高的速度，采用了弱磁控制的方法，降低了磁通从而让电动机得到了更高的速度。那么反过来考虑，在满功率运行时，永磁发电机追求的是稳定的功率；在运转过程中，如果转速增大了，那么要想得到额定转速下的额定功率，根据电动机控制原理，转速增加的同时需要降低磁通，控制方法同样为弱磁控制，即通过对发电机进行弱磁控制从而得到稳定的功率。 　　想要了解永磁发电机的弱磁控制，首先从原理及公式推导的方式，来说明永磁发电机转矩都与哪些变量相关。 　　假设永磁同步电机：（1）磁路是线性且既没有饱和现象，又不存在磁滞、涡流效应；（2）忽略漏感并认为永磁体的磁场是沿气隙规则分布的。 　　通过坐标变换的理论，可以得到永磁同步电机在同步的旋转坐标系下的电压方程和转矩方程（公式摘自吴浩烈的《电机及电力拖动基础》），分别如下： 　　其中、为电机端电压d和q轴分量；、为定子电流d和q轴分量；Ψd、Ψq为磁链d和q轴分量；ωr为转子旋转的电角速度；Rs为每相定子绕组的电枢电阻。 　　同步发电机d-q坐标系下的磁链方程为： 　　其中Ψf为转子磁链，Ψd为定子磁链。 　　在旋转的坐标系中：d轴是在转子磁极轴线上，q轴超前90°的电角度，d、q轴的位置角为θ=θ0+ωrt。此时，永磁同步发电机转子磁势的方向与d轴方向一致。d-q坐标系下永磁同步发电机的空间矢量图，如图1所示。 　　假设永磁同步发电机的转子磁链、定子d轴电感Ld、定子q电感Lq恒定不变，那么d、q坐标系下电压、电流的关系为： 　　空载电势Eq=ωrΨf，可以看出空载电势Eq的方向是和转子磁链Ψf的方向相一致。则： 　　根据上式中同步发电机的电压、电流的关系，根据对称原则，可以认为d轴方向此时电势Eq=0。 　　可以得到同步发电机的电磁转矩Te为： 　　其中p为多级永磁同步发电机的极对数。 　　从上式中可以看到，p为极对数是常数；永磁发电机的磁场认为是恒定值，发电机Ψf为常数；电感Ld、Lp是常数；Te的大小只与、相关。 　　综上所述，永磁发电