第三章風力發電控制技術新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院第三章風力發電控制技術變速恒頻風力機組非耦合型半耦合型直驅風電機組雙饋風電機組永磁同步發電機（PMSG）轉子與風輪同軸連接定子端口通過變流器與電網相連所有功率均通過變流器送入電網雙饋異步發電機（DFIG）轉子端口通過變流器與電網相連定子端口直接與電網相連僅轉差功率通過變流器送入電網新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院本章內容：變速恒頻風力發電系統的運行控制風力發電系統最大風能追蹤運行機理雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制風電機組的系統結構與數學模型風電機組的矢量控制技術

第三章風力發電控制技術新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制風力機的運行特性

風力機的輸入功率：

通過葉輪旋轉面的風能并非全部都能被風力機吸收，故定義風能利用系數Cp來表征風力機捕獲風能的能力：則風力機的輸出機械功率：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制風力機的運行特性

為便于討論Cp的特性，定義風力機的葉尖速比λ，為尖端的線速度與風速之比：

值得說明的是，因為風力機常通過一增速比為N的變速齒輪箱來驅動發電機，故發電機轉速與風力機轉速之間有如下關系：

或新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制風力機的運行特性

風能利用系數Cp是葉尖速比λ、槳葉節距角β的綜合函數。變槳距風力機的特性通常由一簇風能利用系數Cp的曲線來表示：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制風力機的運行特性

保持槳葉節距角β不變時，只與葉尖速比λ有關系，可用一條曲線來描述，這就是定槳距風力機性能曲線：最佳葉尖速比最大風能利用系數新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制風力機的運行特性

定槳距風力機在不同風速下輸出功率和轉速的關系：

不同風速下風力機功率－轉速曲線上最大功率點Popt的連線稱為最佳功率曲線。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制風力機的運行特性

運行在Popt曲線上風力機將獲得最大風能，輸出最大功率Pmax：

式中kw為一個與風力機有關的常數：

由此可知，一臺確定的風力機其最佳功率曲線也確定，其最大功率與轉速成三次方關系。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制變速恒頻風力發電系統的運行控制策略

根據不同的風況，變速恒頻風力發電系統的運行可按四個區域來實施控制，即啟動區、最大風能追蹤區、恒轉速區和恒功率區。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制變速恒頻風力發電系統的運行控制策略

（1）啟動區（AB段）

切入風速以下發電機與電網脫離，風速大于或等于切入風速時發電機并網發電。

（2）最大風能追蹤區（BC段）

風電機組已并網且運行在最高轉速以下，風力機槳葉節距角處于不調節的定槳距運行狀態。該區域內實行最大風能追蹤控制的變速運行，風電機組的轉速隨風速作相應變化，以確保風力機的風能利用系數始終保持為最大值Cpmax，故又稱為Cp恒定區。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.1變速恒頻風力發電系統的運行控制變速恒頻風力發電系統的運行控制策略

（3）恒轉速區（CD段）

風電機組已達最高轉速，但風力機的輸出功率尚未達到額定輸出狀態。此時通過風力機控制子系統的變槳距控制來調節槳葉節距角，確保允許最大轉速上的恒轉速發電運行。

（4）恒功率區（DE段）

隨著風速的增大風力機輸出機械功率不斷增大，發電機達到其功率極限。此時由風力機控制子系統通過變槳距實現恒功率控制，從而使得機組的輸出功率不超過額定值，風電機組處于恒轉速、恒功率運行狀態。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.2風力發電系統最大風能追蹤運行機理

不同風速v1

>v2>v3下，定槳距控制風力機輸出功率Po與轉速ωw之間的關系：

可以看出，同一風速下存在一個最佳轉速，使得風力機捕獲到該風速下的最大能量、輸出最大功率。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.2風力發電系統最大風能追蹤運行機理

最佳功率Popt表達式：

實際運行中風速較難準確檢測，無法直接給出與之相對應的最佳轉速指令，故一般不直接采取轉速閉環控制，而是控制從風力機軸上吸收的機械功率，借此實現對轉速的間接控制：檢測風電機組轉速代入Popt表達式計算此轉速下的最佳功率直接或經過處理后作為有功功率參考值新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.2風力發電系統最大風能追蹤運行機理

最大風能追蹤實現過程：初始時刻，風電機組穩定運行于A點風速由v3突變為v2風力機機械功率由PoA突變為PoB轉速不會突變，發電機電磁功率仍為PoA機械功率大于電磁功率，機組轉速上升

二者重新平衡于C點（風速v2下風力機最大輸出功率點）新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.2風力發電系統最大風能追蹤運行機理

最大風能追蹤實現方式對比：

風力機控制發電機控制巨大風輪機械時間常數大，動態過程響應慢機械式槳距調節機構復雜，維護困難電磁轉矩時間常數小，動態響應快電氣系統控制相對簡單

因此，變速恒頻風電機組通常就是通過控制發電機輸出有功功率來調節風電系統的電磁轉矩，改變整個系統轉矩平衡關系，進而調節風電系統的轉速來實現最大風能追蹤運行。

新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制

雙饋異步風力發電機（DFIG）最大風能追蹤的控制框圖：

在實際運行中需要實現有功功率和無功功率的綜合控制。功率控制的優劣直接影響最大風能追蹤的效果，影響電網或發電機運行的經濟性和安全性。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制有功功率參考值Ps*的計算 DFIG的有功功率關系：亞同步運行（s>0）同步運行（s=0）超同步運行（s<0）新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制有功功率參考值Ps*的計算

根據最大風能追蹤的原理，當風力機輸出的機械功率Po

與Popt曲線上最大輸出功率Pmax相等時，有：

定子功率Ps即為DFIG有功功率參考值Ps*，因此：

將關系式代入后有：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制有功功率參考值Ps*的計算

經恒等變換后可求得如下關系：

式中：

在滿足

B2-4AC

≥0條件下Ps*有實數解：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制有功功率參考值Ps*的計算

可以看出，Ps*參考值計算中需要用到DFIG參數、電網參數、風力機轉速ωw（或DFIG角速度ωr）、DFIG定子無功功率Qs等數據。DFIG基于最大風能追蹤的有功功率參考值的計算模型如下圖所示：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制無功功率參考值Qs*的計算

無功功率參考值Qs*的計算原則是DFIG允許運行范圍內，選取能使某一性能評價函數f達到最優的那個無功功率值。選用不同的性能評價函數將會有不同的Qs*值計算原則：

①從提高電力系統的功率調節能力和穩定性、優化電力系統的運行工況來選取性能評價函數；

②從降低DFIG損耗、優化風電系統運行效率來選取性能評價函數。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制無功功率參考值Qs*的計算

當采取最大程度降低風電系統運行損耗作為選取無功功率參考值Qs*的原則時，應將DFIG各種功率損耗Pi之和作為評價函數。其中與無功功率有關的損耗主要是DFIG定、轉子銅耗，則有：

將電流、功率相關的關系式代入可得到f關于Qs的一元二次表達式：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制無功功率參考值Qs*的計算

式中系數a、b、c分別為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制無功功率參考值Qs*的計算

當Qs*=-b/(2a)時，評估函數f達最小極值：

將a、b、c代入Qs*=-b/(2a)：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制無功功率參考值Qs*的計算

此外，無功功率參考值Qs*更直接的設定方法，就是按照電網的無功需求或DFIG的運行要求來給定。 DFIG基于運行優化的無功功率參考值的計算模型如下圖所示：

新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.3雙饋異步風力發電機的最大風能追蹤控制最大風能追蹤控制的實現

計算出Ps*和Qs*后，為了實現DFIG的高性能控制，必須采用磁場定向的矢量變換控制策略：

DFIG定子電流坐標變換磁場定向電流有功分量有功功率電流無功分量無功功率相互解耦新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋異步風力發電機的系統結構

同步發電機采用直流電流勵磁，可調量只有幅值，只能用于無功功率的調節。DFIG采用交流勵磁，可調量有勵磁電流的幅值、頻率和相位。

DFIG具有的變速恒頻運行能力，使它在以下幾方面比同步發電機具有更為優良的運行性能： 1.可在原動機變速運行條件下實現高效、優質發電 2.能參與電力系統的無功功率調節，提高了電網系統的運行穩定性 3.可實現發電機安全、快捷的柔性并網

新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋異步風力發電機的系統結構

DFIG系統結構和變速恒頻運行原理框圖：

新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋異步風力發電機的系統結構

根據電機學的原理，穩定運行時各轉速間有如下關系：

由于：

故有：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋異步風力發電機的系統結構

當發電機轉速nr變化時，可通過調節轉子勵磁電流頻率f2來保持定子輸出頻率f1恒定，實現變速恒頻發電運行：

（1）亞同步運行狀態：發電機轉速低于同步速，f2>0，轉子勵磁電流產生的旋轉磁場轉向與轉子轉向相同，發電機轉子通過勵磁變頻器從電網輸入轉差功率；

（2）超同步運行狀態：發電機轉速高于同步速，f2<0，轉子勵磁電流建立的旋轉磁場方向與轉子轉向相反，轉子繞組通過勵磁變頻器向電網輸出轉差功率；

（3）同步運行狀態：發電機轉速等于同步速，f2=0，電網與轉子繞組之間無功率交換，勵磁變頻器向轉子提供直流勵磁。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

直驅風力發電系統的主要運行目標是實現對PMSG定子輸出有功、無功功率的精準調節，而PMSG的有功、無功功率是通過機側變流器對定子電流的有效控制來實現。

直驅風電機組機側變流器及發電機的主電路結構簡圖：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

直驅風電機組中的永磁同步發電機是一個多變量、強耦合、非線性、時變的高階系統，為了便于對其進行建模分析，通常作如下的假設：

（1）永磁同步發電機三相定子繞組完全對稱，各繞組軸線在空間中互差120°電角度，且繞組上電阻電感相等，同時繞組間互感也相等；

（2）氣隙均勻分布，轉子永磁體磁場和定子繞組產生的電樞反應磁動勢沿氣隙按正弦規律分布；新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

（3）忽略磁路非線性飽和，認為各繞組的自感和互感與磁路工作點有關，但都為恒值；

（4）忽略轉子上的阻尼繞組；

（5）忽略頻率變化、溫度變化對永磁體以及電機參數的影響。

正方向的定義為：定子繞組采用發電機慣例，即正電流從端電壓正極性流出，正值電流產生負值磁鏈。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

按照以上規定，各繞組電流和磁鏈方向如下圖所示：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

根據以上模型假設與正方向定義，可以在三相靜止坐標系下建立直驅風電機組中永磁同步發電機的數學模型。 1.電壓方程

三相定子電壓方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型 2.磁鏈方程

三相定子磁鏈方程為：

三相轉子磁鏈可以表示為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

上文假設定子繞組中各相電感相等，且繞組之間的互感均相等，因此自感滿足Laa=Lbb=Lcc=Lm，互感滿足Lab=Lac=Lba=Lbc=Lca=Lcb=Mm，因此磁鏈方程可進一步表示為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型 3.轉矩方程

永磁同步發電機的轉矩方程為： 4.運動方程

永磁同步發電機的運動方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

通常假定D=0，K=0，則有：

同時，永磁同步發電機的機械角速度與電角速度分別滿足：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

與網側變流器類似，直驅風電機組機側變流器在三相靜止坐標系下的數學模型也可以根據坐標變換關系得到兩相旋轉坐標系下的數學模型。

dq

旋轉坐標系下的電壓方程：

dq

旋轉坐標系下的定子磁鏈方程：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型直驅風電機組系統結構和數學模型

將磁鏈方程式代入電壓方程式可得：

在兩相同步旋轉坐標系下，永磁同步發電機輸出的瞬時有功功率和無功功率分別為：

在兩相同步旋轉坐標系下，電磁轉矩方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

雙饋風力發電系統的主要運行目標是實現對DFIG定子輸出有功、無功功率的精確調節，而DFIG的有功、無功功率間接地通過機側變流器對轉子電流的有效控制來實現。

雙饋風電機組機側變流器及發電機的主電路結構簡圖：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

雙饋異步電機是一個多變量、強耦合、非線性、時變的高階系統，為了便于對其進行建模分析，通常作如下的假設：

（1）忽略空間諧波，設三相繞組對稱，在空間中互差120°電角度，所產生的磁動勢沿氣隙按正弦規律分布；

（2）忽略磁路非線性飽和，認為各繞組的自感和互感與磁路工作點有關，但都為恒值；

（3）忽略鐵心損耗；新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

（4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響；

（5）如無特別說明，機側的參數都是經折算到定子側的參數，折算后的定子和轉子繞組匝數相等；

正方向的定義為：定、轉子繞組均采用電動機慣例，即向繞組內部看時，電壓降的正方向與繞組電流的正方向一致，正值電流產生正值磁鏈。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

根據以上模型假設與正方向定義，可以在三相靜止坐標系下建立雙饋異步電機的數學模型。 1.電壓方程

三相定子電壓方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

三相轉子電壓方程為：

將電壓方程寫成矩陣形式，則有：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

式中：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型 2.磁鏈方程

矩陣形式的磁鏈方程可表示為：

式中：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

式中：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

由于折算后定、轉子繞組匝數相等，且各繞組間互感磁通都通過相同氣隙，磁阻相同，故可認為Lms

=Lmr。

值得注意的是，Lsr、Lrs兩個分塊矩陣互為轉置，且均與轉子位置θr有關，它們的元素都是變參數，這是系統非線性的表現和根源。為了把變參數矩陣轉換成常參數矩陣，必須進行相應的坐標變換。

把磁鏈方程式代入電壓方程式，展開后得到：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型 3.轉矩方程

根據機電能量轉換原理，雙饋電機的電磁轉矩為： 4.運動方程

雙饋電機的運動方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

通常假定D=0，K=0，則有：

同時，角速度滿足：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

當采用定子電壓正序基頻分量定向時，兩相同步旋轉坐標系dq+以角速度ω1旋轉，其d+軸與定子電壓三相靜止坐標系中的A軸分量存在初始相位角差θs0，因此，定子電壓正序基頻分量相位角θs，以及轉子繞組相位角θr可表示為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

三相定子靜止坐標系、兩相轉子旋轉坐標系和兩相同步旋轉坐標系的空間矢量關系圖：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型

由此可得，三相定、轉子繞組到兩相同步旋轉坐標系的變換矩陣分別為：

利用坐標變換關系，可將三相定子靜止坐標系中DFIG數學模型變換到兩相同步旋轉坐標系dq+中的數學模型。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型 1.磁鏈方程

以三相靜止坐標系下磁鏈方程為基礎，采用上述的變換矩陣，可以得到兩相同步旋轉坐標系dq+下的磁鏈方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型 2.電壓方程

以三相靜止坐標系下電壓方程為基礎，采用上述的變換矩陣，可以得到兩相同步旋轉坐標系dq+下的定轉子電壓方程為：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.4風電機組的系統結構與數學模型雙饋風電機組機側變流器的數學模型 3.轉矩方程

電磁轉矩的表達式為：

上述的磁鏈方程、電壓方程、轉矩方程完整地構成了兩相同步旋轉坐標系dq中DFIG的數學模型。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術矢量控制原理

通過旋轉坐標變換，可以將交流電動機等效成直流電動機，從而獲得如同直流電動機一般好的轉矩特性，能很好的控制交流電動機電磁轉矩。變換后的d繞組相當于直流電動機的勵磁繞組，id相當于勵磁電流；q繞組相當于直流電動機的電樞繞組，iq相當于轉矩電流。

這種依靠矢量變換來簡化模型，然后模仿直流電動機轉矩控制的控制方法就叫做“矢量控制”（VC）或“磁場定向控制”

（FOC）。ia

ib

icClarke變換iα

iβid

iqPark變換新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制 PMSG最常用的分析方法是建立兩相同步速旋轉d-q坐標系的數學模型：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

在兩相同步速旋轉d-q坐標系下，采用轉子磁鏈定向（即將d軸定為轉子永磁體產生的磁鏈方向），電壓電流方向采用發電機慣例，PMSG的數學模型如下：

定子電壓方程：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

電磁轉矩方程：

機械運動方程：

定子磁鏈方程：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

將定子磁鏈方程分別代入定子電壓方程和電磁轉矩方程，可得：

定子電壓方程：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

電磁轉矩方程：

電磁功率方程：新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

變流器的結構為三相六開關電壓源型變流器，通過不同的開關狀態這種變流器可以調制出8個電壓矢量，其中2個零矢量、6個有效矢量，每一個有效矢量的長度為直流側電壓Vdc的2/3。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

圖中虛線六邊形內任意一個電壓矢量V均可以通過某兩個有效矢量和零矢量合成得到。對PMSG的控制即可通過控制策略計算出參考電壓矢量后，再通過變流器按照一定的PWM策略調制出需要的電壓矢量來實現。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

永磁同步電機的控制方法有眾多，如矢量控制、直接轉矩控制等，其中矢量控制因其出色的穩態控制性能、優良的動態控制性能是使用最為廣泛的控制方法，而直接轉矩控制有著非常好的動態控制性能，但穩態性能與矢量控制相比略有不足。考慮到風能轉換系統（WECS）中對發電機的動態性能要求不高，本教材在研究各種WECS時，對PMSG均采用矢量控制。PMSG的矢量控制算法又可以細分為多種，為了簡便，本教材為PMSG設計的控制算法均為id

=0矢量控制。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

本教材采用轉子磁場定向控制，控制精度取決于轉子位置角及轉速的準確獲取，這是矢量控制的基礎和關鍵。現有的永磁同步電機轉子位置估計算法中常用的有兩類：一類是能適應于全速范圍的高頻信號注入法，另一類是只適合于中高速的基于電機反電勢計算的方法。

電機反電勢估算法容易實現，且電機反電勢估算法在低轉速時估算精度低的缺點對風力發電系統的運行影響較小，因此本教材將采用基于反電勢計算的轉子位置/速度估算方法。新能源發電技術風力發電控制技術?浙江大學電氣工程學院3.5風電機組的矢量控制技術直驅風電機組的矢量控制

為了提高反電勢法的估算精度和穩定性，可引入鎖相環（PLL）結構。PLL是閉環相位自動控制系統，具有穩定、準確、快速等