直驱永磁中间定子盘式风力发电机结构(来自lsaac空间站)

直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。

永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。

一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。

现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。

永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。

与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。

（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。

（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。

（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。

（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。

（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。

（7）永磁体存在退磁的可能。

目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。

2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。

专利名称：一种永磁直驱型中高压大功率风力发电变流器及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：原熙博,彭新,张永磊
申请号：CN202210348295.6
申请日：20220401
公开号：CN114614501A
公开日：
20220610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种永磁直驱型中高压大功率风力发电变流器及控制方法，属于电力电子技术领域。

该风力发电变流器采用H桥中点钳位型五电平变换器拓扑，其中风力发电机侧为五电平中点钳位型H桥变换器，电网侧为三个三相三电平中点钳位型并网变换器，其直流侧接入风力发电机侧变流器，电网侧经隔离型四绕组工频升压变压器接入66kV或更高等级电压电网。

该拓扑结构能够提高风力发电机电压至8.5kV,可用于20MW及以上功率等级的风力发电系统。

与传统风电变流器相比，具有额定电压高、功率器件数量少、无需器件或变流器并联、单机容量大、扭缆简单、电缆损耗小、谐波特性好、容错性高、结构简单，易于控制等优点，在中高压大功率海上系统中具有重要应用前景。

申请人：中国矿业大学
地址：221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学
国籍：CN
代理机构：南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：张联群
更多信息请下载全文后查看。

永磁直驱风力发电机结构：永磁直驱风力发电机的结构主要包括风轮、永磁同步发电机、机架及偏航系统、主控系统、变流器、空－空循环冷却系统、液压系统、润滑系统、变压器、中央监控系统、塔架和机舱等部分。

风轮是永磁风力发电机的核心部件，也是最直接受到风能作用的部分。

它由多个叶片组成，通过风力的作用使得风轮旋转。

风轮通常采用可调角度的叶片设计，以便在不同风速下获得最高效率的转动。

发电机通过法兰与风轮直接相连，省去了影响风机可靠性的最薄弱环节———齿轮箱，以及主轴系统、联轴器等传动部件。

风轮与发电机转子直联，简化了结构，缩短了传动链，最大限度地提高了机组的可靠性和传动效率。

机架和偏航系统支持整个发电机组的运行，并能根据风向的变化自动调整机舱的角度，以保证风轮始终对准风向，提高发电效率。

主控系统负责整个发电机组的运行控制，包括启动、停机、偏航、故障保护等功能。

变流器将发电机产生的电能转换为符合电网要求的电能，空－空循环冷却系统则负责冷却发电机和变流器等发热部件。

液压系统和润滑系统则分别提供机组运行所需的液压动力和润滑。

此外，永磁直驱风力发电机还包括变压器、中央监控系统、塔架和机舱等部分。

变压器将发电机产生的电能升压后送入电网，中央监控系统则负责监控整个发电机组的运行状态和性能。

塔架和机舱则构成了发电机组的支撑结构和运行环境。

风力发电机主机构造
风力发电机是利用风能转换成电能的装置，它的主要构造包括
风轮、发电机和塔架。

风轮是风力发电机的核心部件，它由叶片、
轴承和主轴组成。

叶片是风轮的关键部件，它的设计和制造直接影
响着风力发电机的效率和性能。

叶片的材料通常采用玻璃钢或碳纤
维复合材料，以确保其轻量化和耐久性。

轴承和主轴则负责支撑叶
片的旋转运动，同时将风能转化为机械能。

发电机是将风能转换为电能的关键部件，它通常采用的是永磁
同步发电机或异步发电机。

当风轮转动时，通过发电机内部的转子
和定子之间的磁场作用，将机械能转化为电能。

发电机的设计和制
造需要考虑到高效能转换和稳定输出电能的要求，同时也需要考虑
到在恶劣环境下的可靠性和耐久性。

塔架是支撑风力发电机的结构，它通常采用钢结构或混凝土结构。

塔架的高度直接影响着风力发电机的发电效率，因为风速随着
高度的增加而增加，所以较高的塔架能够更好地捕捉到更强的风能。

同时，塔架的稳固性和耐久性也是设计和制造的重点。

总的来说，风力发电机主机的构造需要考虑到材料的轻量化、
强度和耐久性，以及高效能转换和稳定输出电能的要求。

不仅如此，还需要考虑到在恶劣环境下的可靠性和安全性。

随着科技的不断进步，风力发电机的构造也在不断改进，以更好地满足清洁能源的需求。

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护的日益紧迫，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。

直驱式永磁同步风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator, DDPMSG）作为一种新型风力发电技术，以其高效率、高可靠性以及低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。

本文旨在对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行深入研究。

文章将介绍直驱式永磁同步风力发电机的基本结构和工作原理，为后续建模和控制策略的研究奠定基础。

接着，文章将详细阐述直驱式永磁同步风力发电机组的数学建模过程，包括机械部分、电气部分以及控制系统的数学模型，为后续控制策略的设计提供理论支持。

在控制策略方面，本文将重点研究直驱式永磁同步风力发电机组的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制和电网接入控制。

最大功率点跟踪控制旨在通过调整发电机组的运行参数，使风力发电机组在不同风速下都能保持最佳运行状态，从而最大化风能利用率。

电网接入控制则关注于如何确保发电机组在并网和孤岛运行模式下的稳定运行，以及如何在电网故障时实现安全可靠的解列。

本文还将探讨直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略优化问题，以提高发电机组的运行效率和稳定性。

通过对控制策略进行优化设计，可以进一步减少风力发电机组的能量损失，提高风电场的整体经济效益。

本文将对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，可以为直驱式永磁同步风力发电机组的实际应用提供理论指导和技术支持，推动风力发电技术的持续发展和优化。

二、直驱式永磁同步风力发电机组的基本原理直驱式永磁同步风力发电机组（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator，简称DD-PMSG）是一种将风能直接转换为电能的装置，其基本原理基于风力驱动、机械传动、电磁感应和电力电子控制等多个方面。

永磁同步发电机的结构直驱式永磁发电机在结构上主要有轴向与盘式两种结构，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；另外还有双凸极发电机与开关磁阻发电机。

一、内转子永磁同步发电机1.结构模型图6-9为内转子永磁同步风力发电机组的结构模型。

与普通交流电机一样，永磁同步发电机也由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有空气隙，转子由多个永久磁铁构成。

图6-10为内转子永磁同步发电机的结构模型。

图6-9 内转子永磁同步风力发电机组的结构模型图6-10 内转子永磁同步发电机的结构模型2.定子结构永磁同步发电机的定子铁芯通常由0.5mm厚的硅钢片制成以减小铁耗，上面冲有均匀分布的槽，槽内放置三相对称绕组。

定子槽形通常采用与永磁同步电动机相同的半闭口槽，如图6-11所示。

为有效削弱齿谐波电动势和齿槽转矩，通常采用定子斜槽。

定子绕组通常由圆铜线绕制而成，为减少输出电压中的谐波含量，大多采用双层短距和星形接法，小功率电机中也有采用单层绕组的，特殊场合也采用正弦绕组。

3.转子结构由于永磁同步发电机不需要起动绕组，转子结构比异步启动永磁同步电动机简单，有较充足的空间放置永磁体。

转子通常由转子铁芯和永磁体组成。

转子铁芯既可以由硅钢片叠压而成，也可以是整块钢加工而成。

根据永磁体放置位置的不同，将转子磁极结构分为表面式和内置式两种。

表面式转子结构的永磁体固定在转子铁芯表面，结构简单，易于制造。

内置式转子结构的永磁体位于转子铁芯内部，不直接面对空气隙，转子铁芯对永磁体有一定的保护作用，转子磁路的不对称产生磁阻转矩，相对于表面式结构可以产生更强的气隙磁场，有助于提高电机的过载能力和功率密度，但转子内部漏磁较大，需要采取一定的隔磁措施，转子结构和加工工艺复杂，且永磁体用量多。

图6-11 典型永磁同步发电机的结构示意图1—定子铁芯；2—定子槽；3—转子铁芯；4—永磁体；5—轴二、外转子永磁同步发电机1.外转子永磁同步风力发电机组外转子永磁同步风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁轭构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。

风力发电机概述一、风力发电机风力发电的原理简单来说：风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能最后到电能！工作原理现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。

如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。

齿轮箱可以将很低的风轮转速（1500千瓦的风机通常为12-22转/分）变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。

风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。

对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。

在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。

就1500千瓦风机而言，一般在3米/秒左右的风速自动启动，在11.5米/秒左右发出额定功率。

然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。

二、风力发电机结构风力发电机整机主要包括：1.机座2.传动链（主轴、齿轮箱）3. 偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）4.踏板和棒5.电缆线槽6.发电机7.联轴器8.液压站9.冷却泵(风冷型无) 10.滑环组件11.自动润滑12.吊车13.机舱柜14.机舱罩15.机舱加热器16.轮毂17.叶片18.电控系统等。

1、机座：机座是风力发电整机的主要设备安装的基机座：础，风电机的关键设备都安装在机座上。

(包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、踏板和棒、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵(风冷型无)、滑环组件、自动润滑、吊车、机舱柜、机舱罩、机舱加热器等。

机座与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机座。

机座前端是风电机转子，即转子叶片和轴。

2、偏航装置偏航装置：：自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。

直驱式风力发电机组概述二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，而风力机转速较低，小型风力机转速约每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转，必须通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。

下图是一台采用齿轮箱增速的水平轴风力发电机组的结构示意图。

使用齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力机塔顶环境下维护保养都较困难。

不用齿轮箱用风力机浆叶直接带动发电机旋转发电是可行的，这必须采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。

近些年直驱式风力发电机已从小型风力发电机向大型风力发电机应用发展，国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功，据报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW，是直驱式发电机组。

低转速发电机都是多极结构，水轮发电机就是低速多极发电机，风力机用的直驱式发电机也有类似原理构造，一种多极内转子结构，只是要求在结构上更轻巧一些。

近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛应用。

采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单、效率高。

永磁直驱式发电机在结构上主要有轴向与盘式结构两种，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；还有开始流行的双凸极发电机与开关磁阻发电机。

下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。

其定子与普通三相交流发电机类似，转子由多个永久磁铁构成。

外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。

本栏有对外转子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个外转子直驱式风力发电机组的结构示意图。

盘式永磁直驱式风力发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构，定子与转子轴向排列，有中间转子、中间定子、多盘式等结构，本栏有对中间转子与中间定子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个中间定子直驱式风力发电机组的结构示意图。

直驱永磁同步风力发电机介绍导语：永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。

永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。

永磁风力发电机通常用于变速恒频的风力发电系统中，风力发电机转子由风力机直接拖动，所以转速很低。

由于去掉了增速齿轮箱，增加了机组的可靠性和寿命；利用许多高性能的永磁磁钢组成磁极，不像电励磁同步电机那样需要结构复杂、体积庞大的励磁绕组，提高了气隙磁密和功率密度，在同功率等级下，减小了电机体积。

永磁同步发电机从结构上分有外转子和内转子之分。

对于典型的外转子永磁同步发电机结构，外转子内圆上有高磁能积永磁材料拼贴而成的磁极，内定子嵌有三相绕组。

外转子设计，使得能有更多的空间安置永磁磁极，同时转子旋转时的离心力，使得磁极的固定更加牢固。

由于转子直接暴露在外部，所以转子的冷却条件较好。

外转子存在的问题是主要发热部件定子的冷却和大尺寸电机的运输问题。

内转子永磁同步发电机内部为带有永磁磁极、随风力机旋转的转子，外部为定子铁心。

除具有通常永磁电机所具有的优点外，内转子永磁同步电机能够利用机座外的自然风条件，使定子铁心和绕组的冷却条件得到了有效改善，转子转动带来的气流对定子也有一定的冷却作用。

另外，电机的外径如果大于4m，往往会给运输带来一些困难。

很多风电场都是设计在偏远的地区，从电机出厂到安装地，很可能会经过一些桥梁和涵洞，如果电机外径太大，往往就不能顺利通过。

内转子结构降低了电机的尺寸，往往给运输带来了方便。

内转子永磁同步发电机中，常见有四种形式的转子磁路，分别为径向式、切向式、和轴向式。

相对其它转子磁路结构而言，径向磁化结构因为磁极直接面对气隙，具有小的漏磁系数，且其磁轭为一整块导磁体，工艺实现方便；而且径向磁化结构中，气隙磁感应强度接近永磁体的工作点磁感应强度，虽然没有切向结构那么大的气隙磁密，但也不会太低，所以径向结构具有明显的优越性，也是大型风力发电机设计中应用较多的转子磁路结构。

永磁直驱式风力发电机的工作原理概述风力发电是一种绿色、可再生的能源形式，近年来逐渐受到人们的重视，并已经成为了不同国家的电力部门战略的一部分。

最新的风力发电机设计中普遍采用永磁直驱式风力发电机作为核心动力。

本文将介绍永磁直驱式风力发电机的工作原理。

永磁直驱式风力发电机永磁直驱式风力发电机简单来说就是将风能转化成电能的装置，它通过天线承受风力并转化为动能，转化后的能量被永磁直驱电机接收并被转换为可用的电能。

那么它是如何工作的呢？下面是详细解释。

工作原理永磁直驱式风力发电机利用叶轮旋转过程中的风能驱动转子旋转，发电机将叶轮的旋转转换为磁场的旋转，通过系统上的电路转变成直流电并输出。

磁场的产生永磁体作为最基本的部分，它产生的磁场为转子在正常工作时的磁场。

对于永磁直驱式风力发电机，主要采用了永磁体的磁场以产生转矩、增大效率。

在转子内部固定有许多磁钢，其成对固定在转子和定子上的相邻表面，形成有序且闭合环路的磁力线。

磁场的产生使得产生能量和承载载荷的磁力线逐渐发生变化，从而增加或减小空间磁场的强度。

磁场的转化将空间磁场转换为电力的方式很简单，利用部分转子上的线圈共同作用于磁场时，会产生一个电动势，然后流经线圈释放出的能量就作为输出电能传输至整个风力电站的主轴。

线圈位置设计在直驱发电机中，由于转子上的线圈应该共同作用于磁场，因此它们应该被两两固定在相对位置。

这样，就能产生一个比较强大而稳定的磁场。

对于风力发电机中的整个系统，转子中线圈的数量应该根据总发电机负载确定。

永磁直驱式风力发电机的运行是由风轮将风能转换为机械能，进而通过驱动永磁直驱电机的转子带动电机作业的。

转子的磁铁产生的磁场信息被转换成电动势以及电流，这些能量被输出到电池组上再进入电网供应电量。

理解永磁直驱式风力发电机的工作原理至关重要，他对于整个系统的运行效率和能量获取能力都具有重要的影响。

风力发电机组简介风力发电机组构成与机组简介1.风电机组构成风力发电机组主要由风力机、传动装置、发电机、控制系统等部分组成。

电网风力机是风力发电机组的重要部件，风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上，使风轮受到旋转力矩的作用而旋转，同时将风能转化为机械能来驱动发电机旋转。

有定桨距和变桨距风力机之分。

风力机的转速很低，一般在十几r/min~几十r/min范围内，需要经过传动装置升速后，才能驱动发电机运行。

直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转，省去中间的传动机构，显著提高了风电转换效率，同时降低了噪声和维护费用，也提高了风力发电系统运行的可靠性。

发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。

发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。

目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（绕线转子）感应发电机和同步发电机。

对于定桨距风力机，系统采用恒频恒速控制时，应选用感应发电机，为提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型。

对于变桨距风力机，系统采用变速恒频控制时，应选用双馈（绕线转子）感应发电机或同步发电机。

同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁又有永磁）同步发电机。

对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多级）永磁同步发电机。

控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。

风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心，包括硬件系统和软件系统。

传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态，当与机组的给定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，是系统能够在给定的状态下运行，从而完成各种控制功能。

主要的控制功能有：变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。

控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可能采用液压执行机构。

目前，风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。

前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。

永磁风机结构
永磁风机是一种利用永磁材料制成电磁体的直驱发电机，它具有高效率、低噪音、可靠性强等特点，在风能领域有着广泛的应用。

永磁风机结构主要由发电机、传动系统、变桨机构、塔架和控制系统组成。

其中发电机是永磁风机最关键的部分，它是将机械能转化为电能的核心部分。

发电机由转子和定子两部分组成，其中转子由永磁材料组成，可靠性高，定子则由铜线和铁芯构成。

在永磁风机的发电机中，永磁体固定在转子上，直接转动，由此产生电力。

由于永磁体不需要额外的电力来激励，这种发电机可以大大提高发电机的能效比，并且减少了发电机的重量和体积。

传动系统包括主轴、齿轮箱和发电机。

主轴是风机的转动部分，齿轮箱则是将主轴的转速变换为发电机所需要的转速。

为了适应不同的风速，永磁风机还配备了变桨机构，用来调节叶片的角度，提高风机的效率。

塔架是将风机固定在地面或者水下的支架，以保证风机稳定运行。

控制系统则负责调节发电机、变桨机构和传动系统的运行状态，确保风
机在不同的风速下都能正常发电。

总之，永磁风机的结构简单、可靠性高、效率较高，在未来的风能利用中，具有广阔的发展前景。

直驱式永磁同步风力发电机组简介
直驱式永磁同步发电机采用永磁体外转子结构，相比较同功率的风力发电机组，尺寸和外径相对较小。

直驱永磁同步发电机组是风带动叶轮直接驱动转子转动，靠增加磁极的对数使发电机的额定转速下降达到转速调节的目的。

由于发电机组不需要增速齿轮箱，一般故障现象如润滑油泄漏，齿轮箱过载，机械损大等问题也减少很多，直接降低客户后期的运维成本。

直驱式永磁同步风力发电机组可以通过变桨系统来控制风力发电机组输出的最大功率，同时也会控制有功功率的上升变化率功能。

当风电场的风速急剧上升时，通过控制变桨的角度，风力发电机组不会出现因功率急剧上升载荷突然增大引起风机安全事故的情况。

同时永磁风力发电机组具备机端电压控制控制功能，机组具备有一定的无功调节能力，当系统出现电压波动时，可以控制和稳定机端电压。

直驱永磁同步发电机采用全功率变流器来实现并网，初始发电机发出交流电的电压和频率还有相位都不稳定。

需要通过整流单元整流变成直流电，经过电压升高，将电能输送到直流母排上，通过逆变单元把直流电逆变成能够和电网相匹配的电能。

变流器机侧和网侧有各有独立的控制器，各个系统之间通过控制器通讯进行数据交换和控制。

永磁同步风力发电系统的系统基本组成、工作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风力发电系统主要采用如下结构组成：风力机（这里概括为：叶片、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。

其中全功率变流器又可分为发电机侧整流器、直流环节和电网侧逆变器。

就空间位置而言，变流器和风机总控系统一般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。

2.工作原理：系统中能量传递和转换路径为：风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网，从而最终实现直驱系统的发电并网控制。

3.控制模式：风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。

它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。

而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。

风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：分别为保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。

控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。

具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。

一、系统运行时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个方面：自动对风、自动解缆和风轮保护。

1)自动对风正常运行时偏航控制系统自动对风，即当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，自动对风停止。

2)自动解缆当机舱向同一方向累计偏转2~3圈后，若此时风速小于风电机组启动风速且无功率输出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不自动解绕；若机舱继续向同一方向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障自动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。