文 献 综 述
一、研究背景与意义
能源问题一直以来就是一件关乎人类生存和发展的大问题。从第一次工业革命起，化石能源对人类生产活动起着不可忽视的地位。利用化石能源，人类完成了一次又一次飞跃，极大提高了社会生产力的发展。但由于两百多年的肆意开采使用，目前全球能源已入危机阶段，能源问题已经成为国家安全稳定发展的一大挑战。与此同时，化石燃料的大量使用对全球环境造成严重破坏，人类生存环境面临严峻挑战。如全球气候变暖、地震、雾霾等各种极端天气的出现，对人类生存发展起到极大的负面作用。为应对经济发展带来的能源问题和环境问题，发展新型的、清洁的、可持续的能源体系势在必行。
风能作为一种安全可靠又可持续的洁净的新型能源，在目前众多已开发利用的可再生能源中颇具潜力，受到世界各国的广泛关注。风力发电是风能利用的主要途径，在调整能源结构、缓解环境污染问题等方面具有重要作用，与此同时可以较好的经济和社会效益。
我国风能资源丰富，可利用的潜能十分可观，大力发展风电是我国长期的能源政策。全球可再生能源发电装机容量中风电占有压倒性优势,今后可望成为欧洲、亚洲、北美的主要电力来源。2011年中国以62GW的累计装机容量蝉联世界第一,按照我国'十二五'规划目标,预计到2015年风电装机容量将达到1times;108kW[1]。随着风力发电相关技术的飞速发展，其单机容量从十千瓦级发展到兆瓦级机组，控制方式也做出优化设计[2-3]。
发展风力发电有着许多优点，但由于受风能质量（风速、风向、风力持续时间等）的影响，实际上风力发电的产出不利于并网运行。对风电系统进行建模与仿真分析，可有效提高风电场运行的安全性与经济性。建立系统的模型并对其进行仿真研究是监测和优化风力发电系统的必备工作。随着机组单机容量的不断增加，需要对机组控制系统有着更高的要求，导致机组控制结构与控制策略越来越复杂，模型试验变得尤为重要[4]。本课题以永磁直驱同步风力发电机组为研究对象，就其机侧功率控制器设计并用物理模型实验平台校验控制策略的有效性能分析。
二、国内外发展现状
目前，风力发电技术主要有双馈异步风力发电与直驱同步发电两种典型方案。其中，以双馈异步风力发电技术较为成熟，但永磁直驱型省去了齿轮箱环节，其可靠性和效率比双馈异步型高，且易实现对有功/无功的控制和满足输出谐波低的要求。此外，随着电力电子技术的发展和高性能永磁材料的出现，永磁同步电机性价比有较大提升。因此，永磁直驱风力发电技术成为当前风力发电的发展趋势之一[5]。
国内国际众多学者对永磁直驱风力发电系统的机侧变流器进行了大量科学研究，依据其主电路的拓扑结构可划分为两种：第一种采用被动整流 BOOST升压电路为主电路结构，该电路以控制简单和成本低为特点，但是被动整流会增大发电机定子电流谐波，以致于电机损耗、温升和转矩脉动增大，从而缩短发电机组寿命[6-7]。第二种是采用PWM整流器作为主电路结构。其主要特点是通过对机侧变流器的控制，可以直接调节发电机功率因数，减小定子谐波电流，使发电机电流趋于正弦，从而减小电机损耗和转矩脉动，但是系统结构和控制相对复杂。韩坤等人采用闭环与前馈复合控制控制策略减小直流母线电压的波动，提高风电系统的响应速度、抗干扰性及系统的鲁棒性[8]。尹明等人研究的直驱风电机侧孪流器采用dq同步旋转坐标下的矢量控制策略，实现了dq轴变量解藕控制[9]。
另外还有不控制整流、四象限整流等结构。夏建委采用基于全功率背靠背双PWM变流器拓扑结构，分析了系统各部分的原理特性和运行机理，并建立了永磁直驱风力发电系统的数学模型，包括风力机模型、永磁同步发电机模型、直流环节模型、全功率变流器模型[10]。束成建立了永磁同步电机和双PWM变流器的数学模型，机侧变流器采用id=0的电流矢量定向控制策略，网侧变流器采用电压矢量定向控制策略，设计了一种基于功率变化的模糊神经网络变桨距控制器，可以更好的适应风电系统随机性强、不确定因素多的特点，具有较强鲁棒性和抗干扰能力，其控制效果优于传统的PD变桨距控制器[11]。路永良[12]设计基于DSP的永磁同步电机伺服系统，根据Clarke变换和Park变换得到永磁同步电机d-q轴的力矩与电压方程，建立了电机在d-q旋转坐标系下的数学模型，并通过对矢量控制原理、系统控制器设计原理及SVPWM驱动方法等的研究与分析，给出了系统的实现方案，并建立永磁同步电机伺服系统Simulink仿真模型，通过仿真验证方案的可行性。卢家冀[13]通过空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）技术来控制永磁同步电动机（PMSM）使之实现零 d 轴控制策略最终达到风能的最大功率捕获并编写了 SVPWM 的代码，采用TMS320F28335 开发板进行了验证，示波器显示波形良好。
