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關鍵詞：風力發電；變速恒頻；磁阻電機；斬波控制
開關磁阻發電機(switched teluctance genera-tor，SRG)及其變流器結構簡單、堅固，制造成本低，運行可靠性高，便于保護，這些優良特性使它非常適合于工作環境復雜、惡劣的風力發電系統。如果進一步采用橫向磁通結構的SRG，則即使在很低的轉速下也能發生較大的電磁轉矩，因而可省去升速齒輪箱，實現直驅發電。
SRG繞組中的電流具有單方向、周期性脈沖特征：在電流變化的1個周期內，可分為勵磁和發電2個時間段。傳統的SRG僅對勵磁期間的電流進行限幅斬波控制，而一旦勵磁結束，繞組電流將自動進入反壓續流狀態，向直流母線饋電。在發電期間，發電機的繞組電流和電磁功率處于失控狀態，只能預先改變勵磁關斷時刻加以調節。這種功率調節方法較為粗略，難以滿足變速恒頻風力發電系統跟蹤最大功率點運行的要求。
采用開關角度優化與軟勵磁相結合的辦法可在發電機的低速運行段，對繞組電流進行幅值控制。如果使用額外的電流控制電路，例如再生式功率變換器，同樣可以控制繞組電流的幅值。然而，上述這些方法都沒有在全速范圍內實現繞組電流的完全控制。
為解決傳統SRG在發電期間的電流失控問題，本文提出一種升壓型SRG運行與控制模式。基本思想是使相功率變換器中的直流母線電壓恒高于發電機繞組中的運動電勢，只有在運動電勢與變壓器電勢之和超出母線電壓時，發電機才向其注入電流，否則升壓電路利用運動電勢提升繞組電流，增加繞組中的磁場儲能。分析與實驗表明：該方法能夠準確控制發電機繞組電流的幅值和波形，使SRG風電系統的轉矩控制精度得到明顯地改善。
l 理論分析
1．1 變速風力機的控制要求
由空氣動力學可知,風力機的輸出功率P一般與風速u、風輪轉速和槳葉的槳距角β有關，即
式中：ρ為空氣密度;S為風輪掃風面積;葉尖速比λ=ωR/υ，ω為風輪轉速；R為風輪半徑；v為風速；Cp(λ，β)為風力機的風能利用系數。
當風速低于額定值時，應使風力機盡量捕獲風能，此時槳葉的槳距角固定在接近于零度的位置。為使風力機的風能利用系數維持在較高的水平，從而捕獲最大的風能，應保持葉尖速比基本不變，一般可通過動態調節發電機的電磁轉矩，閉環控制風輪轉速，所以，在整個變速運行范圍內，發電機電磁轉矩的控制精度對于風力機跟蹤最大功率點運行影響極大。
1．2 升壓型SRG運行分析
SRG的相功率變換器主電路如圖1所示。由第k相繞組Lk構成的不對稱半橋電路中：T1、T2為可控主開關器件；D1、D2是續流二級管；而us為開關磁阻電機在自勵模式下的起勵電源。在系統直流側電容電壓udc穩定后，電路將由二極管D斷開，電容Cdc為直流母線的儲能電容。
傳統的SRG繞組電流控制多采用角度或斬波控制方法：轉子進入勵磁期間時，開關管T1和T2同時導通，在直流母線電壓udc的作用下，繞組電流開始上升建立磁場。當繞組電流超過給定值，Irel時，T1和T2同時關斷，繞組電流進入反壓續流狀態，電流開始下降，繞組將過剩的磁場儲能返還給電網。如采用滯環控制，則可以將繞組電流穩定在Iref附近。當轉子位置超過勵磁終止角θoff時，T1和T2同時關斷，繞組電流進入反壓續流狀態，此時由于繞組電感對轉角的變化率dL／dθ<0，發電機將機械能轉換為電能。繞組電流的變化趨勢取決于運動電勢em=ωi(dL/dθ)的大小：如果em>udc，繞組電流繼續上升，反之繞組電流下降。當續流過程結束后，繞組電流處于截止狀態。該數學模型可用電機第k相的2值邏輯開關函數Sk表示為
其中：T1和T2同時導通時Sk=1；T1和T2同時關斷時Sk=-1；em為繞組中的運動電勢；ef為繞組中的變壓器電動勢；△u為開關管或續流二級管導通管壓降。
而ik產生的電磁轉矩則是第k相繞組電流和轉子位置角的函數。在理想線性模型下的轉矩為
顯然，在角度或斬波控制方式中，發電期間繞組電流處于不加控制的反壓續流狀態。唯一對它有影響的只是勵磁結束角和該時刻的繞組電流初值。這使得繞組電流與電磁轉矩的控制呈現嚴重的非線性特征，導致風力機和電機轉速以及直流母線電壓都會發生較大的波動。
在SRG發電期間，如果對繞組電流繼續進行滯環控制，則有可能使電流波形接近理想的方波形式。實現這一控制目標的關鍵是必須建立適當的繞組電流上升與下降機制。當繞組電流小于給定值Iref時，有2種方法提升繞組電流：1)同時開通開關管T1和T2，繞組電流在同方向的udc和em共同作用下迅速上升。此時流向直流母線的充電電流為負值;2)只開通T1，而T2保持關斷，繞組電流在em的作用下上升，但上升速度稍慢。顯然，這時的充電電流為0。比較上述2種提升繞組電流的方法可知，前一
