多相永磁同步電機控制及風電應用綜述

周荔丹，陸凱捷，姚　鋼，韓英鐸，禹華軍，梅柏杉（.上海電力學院電氣工程學院，上海2000；2.上海交通大學電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室，上海20020；.清華大學電力系統及發電設備控制和仿真國家重點實驗室，北京0008；.上海電氣風電設備有限公司，上海2002）

多相永磁同步電機控制及風電應用綜述

周荔丹1，陸凱捷1，姚鋼2，3，韓英鐸3，禹華軍4，梅柏杉1
（1.上海電力學院電氣工程學院，上海201300；2.上海交通大學電力傳輸與功率變換控制
教育部重點實驗室，上海200240；3.清華大學電力系統及發電設備控制和仿真國家
重點實驗室，北京100084；4.上海電氣風電設備有限公司，上海200241）

為深入探討多相永磁同步發電機應用于風電領域的前景，歸納了多相永磁同步電機的建模方法與電流控制策略；分析了不同實際要求下的最佳諧波注入率對輸出轉矩的貢獻差異及其原因；總結了多相永磁同步電機在正常狀態和一相開路下的統一數學模型，通過矢量控制和電流優化策略實現電機開路故障下的無擾運行。最后指出了多相永磁同步發電機在風力發電應用中面臨的機遇與挑戰。

多相永磁同步電機；諧波注入率；電流優化策略；容錯控制

1　引言

隨著多相永磁同步電機（Multi－phase Permanent Magnet Synchronous Motor，MPMSM）在艦船電力推進、電動汽車驅動、航空航天等領域應用優勢的日益凸顯［1－3］，多相永磁同步發電機（Multi－phase Permanent Magnet Synchronous Generator，MPMSG）在風電領域的應用引起了研究者更多的關注［4－6］。與此同時，具有更高功率等級和良好容錯性能的MPMSG滿足了風電機組大型化的趨勢和海上風電的嚴苛要求［7、8］，因此MPMSG將成為未來風力發電機的主要選擇之一。

鑒于MPMSG應用于風電的研究仍較少，系統地總結MPMSM的研究成果對MPMSG應用于風電具有極強的借鑒價值。首先，非三的倍數次相電機需要專門的多相變流器控制，而三的倍數次相電機可以利用多個三相變流器實現控制，因而具有結構優勢。其次，相數越多，轉矩脈動幅值減小，故發電機運行更加平穩，但控制難度也隨之增加。鑒于上述原因，本文主要以六相永磁同步電機為例（在必要處與五相永磁同步電機對比），從MPMSM的建模與控制、諧波注入法提高轉矩密度、開路故障下的容錯控制等多個方面進行綜述，并結合MPMSG在風電領域中的應用指出其發展前景和有待研究的課題。

2　MPMSM的建模與控制

MPMSM的建模以六相不對稱繞組（雙Y相移）為例。

第一種建模方法基于雙d－q部分解耦模型。文獻［9］將六相永磁同步電機的兩套繞組分別在兩個同步旋轉坐標系下解耦，看成是分別對兩個三相電機的控制。但在實際中，兩套繞組的參數不可能完全相同，因此兩套繞組之間會存在不平衡電流。文獻［10］采用基于雙d－q變換的轉子磁場定向控制，如圖1所示。圖1中兩套繞組的d軸電流參考值為零，q軸電流參考值來自速度控制器的輸出，并且通過引入電壓前饋來補償繞組間的耦合電壓。這種方法不僅能消除諧波電流，還可以很好地補償兩套繞組之間的不平衡電流。但是，這種控制策略不能補償每套繞組內的不平衡電流，并且兩套繞組之間耦合的電壓很難完全補償，從而其動態轉矩性能可能會受到影響。針對上述缺點，文獻［11、12］建立了一種單d－q電機模型。這種新的建模方式將六相永磁同步電機完全解耦成2個三相電機，其電壓耦合項得到極大簡化，其最終的控制效果與空間矢量解耦模型的效果基本相同。

圖1　基于雙d－q變換的轉子磁場定向控制

第二種建模方法是基于空間矢量解耦模型。文獻［13］首次基于空間矢量解耦理論推導了六相感應電機的靜止變換矩陣，該矩陣將六相感應電機的多維系統分解成三個相互解耦的子空間，分別是α－β、z1－z2、o1－o2子空間。3個子空間中的電機變量描述參見文獻［13］。在此基礎上，文獻［14、15］將推廣的靜止變換矩陣應用于六相永磁同步電機，采用基于空間矢量解耦模型下的轉子磁場定向控制，如圖2所示。圖2中的4個PI控制器用于調節基波子空間和諧波子空間的電流，理論上可以解決不平衡電流和諧波電流過大的問題。但在實際的系統中，PI控制器無法實現對諧波子空間中交流分量的無靜差跟蹤，因而諧波電流無法得到有效抑制。針對上述缺點，文獻［16］采用準PR控制器代替在諧波子空間中使用的PI控制器，仿真和實驗均證明采用準PR控制器能更好地消除定子中的諧波電流，但是繞組不對稱引起的不平衡電流沒有被考慮。

圖2　基于空間矢量解耦的轉子磁場定向控制

考慮到繞組之間的不對稱和繞組內的不對稱，對應于空間矢量解耦模型，體現在基波子空間和諧波子空間中的電流都存在不平衡。為此，文獻［17］建立了包含各種不對稱的六相電機通用數學模型，并利用對稱分量法將基波電流和諧波電流分別表示成正序和負序電流的疊加。在此基礎上，文獻［18］對不平衡電流和諧波電流進行綜合控制，如圖3所示。

圖3　電流綜合控制框圖

圖3中通過抑制由基波負序電流變換得到的2次電流脈動，可以消除兩個子空間的不平衡電流，從而消除了繞組之間和繞組內的不平衡電流；通過PR控制器抑制由5、7次諧波電流變換得到的6次電流脈動，可以消除定子繞組中的諧波電流。雖然這種方法在電流控制上取得了最佳的結果，但是電機的動態性能受到了一定影響。

綜上所述，在實際應用中，需要綜合考慮數學模型的適用性、控制策略的難易程度和控制目標的效果等因素，最終選擇合適的數學模型和控制策略。

3　MPMSM諧波電流注入率的選擇策略

理論研究表明，多相電機特定次數的諧波磁動勢與相同次數的轉子磁場諧波作用可以產生恒定的轉矩，從而提高多相電機的輸出轉矩。實際應用中，諧波電流注入率的選擇和電機鐵心的磁飽和程度及逆變器的功率容量有關。這是因為定子電流的幅值大小直接影響鐵心的磁飽和程度，而定子電流的有效值大小又受到逆變器功率容量的制約［19］。

鑒于對六相永磁同步電機的諧波注入法提高轉矩密度的研究極少，MPMSM的諧波注入法以研究較為成熟的五相永磁同步電機為例。文獻［20］采用電流幅值不變約束，經Matlab尋優求解后，電機輸出的轉矩大小與諧波電流的相位和幅值都有關。當諧波注入率（諧波幅值與基波幅值之比）保持不變時，電機的輸出轉矩和三次諧波與基波的相位差成反比；當兩者的相位差保持不變時，電機的輸出轉矩隨諧波注入率的增大存在某一極值。因此，當兩者相位相同且以最優注入率注入三次諧波電流后，電機的輸出轉矩達到最大，轉矩比僅含基波電流時提高了20.4%。文獻［21］采用電流有效值不變約束，經極值求解，最優諧波注入率為三次諧波轉矩系數與基波轉矩系數之比，以最優諧波注入率取得的最大轉矩僅比純正弦供電方式提高了2.91%。這是因為受到變流器功率容量的限制，三次諧波電流的注入削弱了基波電流的幅值，降低了基波電流的輸出轉矩。

綜上所述，幅值不變約束，在保證諧波注入前后具有相同磁飽和程度的前提下，增加了基波電流的幅值，從而提高了電機的輸出轉矩，存在的缺點是定子銅耗相對較大；而有效值不變約束通常用于變流器功率容量受限的工況，這種方法提高轉矩的能力有限，優點是其定子銅耗更小。

4　MPMSM開路故障下的建模與控制

電機驅動系統的故障都可以通過故障隔離技術將其轉變為開路故障，因此研究MPMSM開路故障下的容錯控制是實現故障系統無擾運行的根本問題［22、23］。

容錯是指系統的元件出現故障后還能連續運行的能力［24］。容錯控制的根本目標是使電機在故障狀態下輸出的轉矩盡量平滑，并針對不同的應用場合對容錯電流進行優化控制。由于容錯特性是多相電機區別于三相電機的優勢所在，其容錯控制方法得到了廣泛的研究。以六相永磁同步電機為例，最大開路相數可達到三相，而目前研究的重點是六相永磁同步電機定子繞組一相開路下的缺相建模及其矢量控制策略的改進。

4.1一相開路下的電機模型和電流優化策略

文獻［25］針對六相永磁同步電機定子繞組中性點和中線的不同連接方式，建立了4種不同的數學模型，這里簡稱為模型1至模型4，如圖4所示。

圖4　一相開路下的4種繞組連接方式

按照缺相前后磁動勢保持不變的原則，可以得到相應的電流約束條件，而4種模型對應著不同的中線和中性點連接方式，因此電流約束條件須分別考慮。在上述約束條件下，結合定子電流幅值最小優化策略或定子銅耗最小優化策略可以求出最優容錯電流［25］。兩種優化策略下的穩態電流最大幅值如表1所示。

表1兩種優化策略下的穩態電流最大幅值

從表1可以看出，模型1、2的穩態電流幅值比模型3、4的穩態電流幅值要小，但模型1、2存在的中線增加了系統的階數和控制難度，因此模型1、2并不是一個好的選擇。對于模型3和4，應結合實際應用做出取舍。考慮到將六相永磁同步發電機應用于風電時，如果采用定子銅耗最小優化策略，優化后的相電流幅值最大的一相可能會超過功率器件的額定值，導致變流器過流保護。而采用定子電流幅值最小的優化策略，優化后的電流幅值相等，能最大限度的降低所需變流器的功率等級。

綜上所述，采用定子電流幅值最小的優化策略更適合六相永磁同步發電機在風電系統中的容錯運行，在此條件下，選擇模型3能獲得較小的穩態電流幅值。因此，將模型3作為六相永磁同步發電機的模型是平衡控制難度和電流優化策略優劣后的最佳選擇。

4.2一相開路下的建模與控制

根據優化策略得到的只是電流的穩態結果，而要實現一相開路下的六相永磁同步電機的矢量控制必須建立其動態的數學模型。

當六相永磁同步電機的Z相開路時，針對4.1小節提到的4種模型，文獻［26］根據空間矢量解耦理論推導了一相開路下的六相永磁同步電機對應的不同五維靜止變換矩陣，該矩陣由產生機電能量轉換的α－β子空間和只產生銅耗的z1－z2－z3子空間組成，對自然坐標系下的電機方程施加五維變換矩陣和旋轉變換，從而建立了一相開路下的六相永磁同步電機的數學模型。這種模型將缺相后的電機控制簡化為對兩個子空間電流的控制，如圖5所示。

圖5　一相開路故障下的改進型矢量控制

z1－z2－z3子空間的電流與其它子空間沒有耦合，可以獨立控制。而d－q子空間的電流受到電壓耦合項的影響，因此文獻［26］引入某種變換，將交叉耦合項變換成擾動項，通過增加電流環帶寬或引入前饋的方法克服該擾動的影響，從而實現對d－q子空間電流的解耦控制。變換后的缺相電機模型統一了六相永磁同步電機正常狀態與一相開路下的數學模型，為兩種狀態的平滑切換提供了可靠的方法。

4.3考慮諧波影響的一相開路下的建模與控制

在實際應用中，電機實際制造工藝產生的誤差以及系統存在的非線性都會在電機中產生諧波磁動勢。在MPMSM發生開路故障時，系統維數下降，基波和諧波不再解耦，此時基波電流會與諧波磁動勢作用產生轉矩脈動。因此，MPMSM的容錯控制應考慮諧波的影響。

文獻［27］考慮含三次諧波的五相永磁同步電機在發生一相開路故障時，在同步旋轉坐標系下的電磁轉矩方程如下：

式（1）中：id1、iq1是基波電流在d－q子空間的分量；iz1是基波電流在z1－z2－z3子空間的分量；ψm1、ψm3分別是轉子磁鏈的基波分量和三次諧波分量；θ是基波同步角速度對應的電角度。

由式（1）可見，三次諧波磁鏈與基波電流相互作用產生2次及4次轉矩脈動。采用文獻［28、29］中的瞬時功率不變法，使三次諧波磁鏈引起的轉矩脈動為零，通過求解非線性方程組，便可確定容錯電流，但此時的容錯電流非常不平衡，大大降低了電機可能輸出的最大轉矩。此外，對于不同含量的三次諧波都要重新離線計算容錯電流，無法實現容錯電流的在線求解和生成。

上述方法存在諸多缺點的根本原因在于系統維數下降導致控制自由度減少［30］，從而缺少對銅耗和電流幅值的約束條件。為增加一相開路故障下的五相永磁同步電機的自由度，文獻［30］通過注入三次諧波電流來增加系統維數，由瞬時功率不變法抑制轉矩脈動可得電流分量的約束條件為

在保證轉矩脈動為零的前提下，根據電流幅值最小或定子銅耗最小的優化策略分別賦不同的值給諧波電流分量。

文獻［31－33］考慮三次諧波電感和三次諧波磁鏈的影響，推導了六相永磁同步電機在三次諧波電感和三次諧波磁鏈作用下的轉矩方程，采用瞬時功率不變法和相應的電流優化策略，通過仿真和實驗證明了該方法能很好地消除轉矩脈動，實現無擾運行。文獻［34］從忽略電機漏感、考慮電機漏感、考慮電機五次諧波這3個方面，建立了各自的缺相電機模型，全面分析了這3種情況下的轉矩脈動規律，采用文獻［34］的控制策略，在沒有諧波影響的前兩種條件下，仿真和實驗證明該策略能消除轉矩脈動，能實現轉矩的平穩輸出；而在考慮五次諧波影響的條件下，該策略能很大程度地抑制轉矩脈動，但無法完全消除。

綜上所述，與三相永磁同步電機相比，MPMSM具有更多的控制自由度。當MPMSM發生開路故障時，除了用于控制產生恒定轉矩的基波電流分量，剩余的諧波電流分量被用于實現容錯控制，因此在故障狀態下，利用諧波電流注入法提高輸出轉矩將不再可行。此外在五相永磁同步電機中，由于開路導致的控制自由度減少，需要通過注入諧波的方式來增加系統的自由度，實現其容錯運行。

4.4兩相開路下的的建模與控制

依據開路兩相之間夾角的不同，六相永磁同步電機兩相繞組開路的情況大致分為4種類型，開路兩相的相位差是120°，這時開路兩相屬于同一繞組，開路兩相的相位差還可以是30°、90°和150°，這時開路兩相分別屬于兩套繞組，以A相為開路參考相，具體情況如圖6所示。

圖6　兩相開路的4種類型

目前針對六相永磁同步電機兩相繞組開路的研究極少，僅有的研究是討論了開路兩相為正交情況下的六相永磁同步電機建模和控制。

按照文獻［26］的方法，推廣得到了兩相開路下的4種模型對應的變換矩陣。為了與一相開路下的模型取得一致性，兩相開路下仍然選擇模型3分析。模型3的變換矩陣通過調整α－β子空間的兩個向量實現α－β子空間與z1－z2子空間正交，從而保證z1－z2子空間不參與機電能量轉換。通過變換矩陣建立六相永磁同步電機兩相開路下的數學模型，這種模型的控制策略與一相開路下的控制策略相同。由此推出兩相開路的其它類型以及三相開路時仍可按上述建模和控制方法實現，但在變換矩陣和模型選擇上需做另外的考慮。

5　MPMSG在風電中的應用

目前對MPMSG在風電領域的應用研究，取得了初步的成果。針對風電機組大型化受到全控型開關器件耐壓等級的限制，傳統三相電機通過變流器并聯降低開關器件所需承受的電壓，但是兩套變流器不可能完全相同，這種差異必然會在兩套繞組間產生環流，因此需要采用復雜的環流控制技術來抑制不對稱產生的環流。而當電網出現不對稱甚至故障時，環流的控制技術就變得更加復雜。文獻［35］采用中性點隔離的六相永磁同步發電機兩套繞組分別接一套背靠背雙PWM變流器，如圖7所示。通過機側整流器的并聯分攤功率，降低開關器件的功率等級。這種中性點隔離的技術方便地解決了三相電機并聯變流器所帶來的嚴重環流及動靜態均流問題。然而并聯需要更多的電抗器，因此這種方案只能維持單位功率轉換的變流器成本，無法實現降低單位發電成本的最終目的。

圖7　并聯背靠背PWM拓撲結構

文獻［36］另辟蹊徑地選用具有最高耐壓等級的晶閘管作為開關器件，如圖8所示。使用兩組晶閘管整流橋和輔助電路實現整流橋串并聯的切換，以適應風力發電機風速的大范圍變化，并利用電流峰值控制消除電路切換帶來的電流突變。采用晶閘管不僅適應了大功率風力發電對高耐壓等級開關器件的需要，還大大降低了風電系統的成本。因此這種拓撲結構具有一定的發展潛力。

圖8　晶閘管整流橋串并聯拓撲結構

理論研究表明，多電平變流器不僅比兩電平變流器更能消除諧波，還能降低開關損耗，從而提高變流器的效率。另外，多電平變流器還能承受更高的直流母線電壓，適合中壓并網［37］。鑒于多電平變流器的眾多優勢，文獻［38］采用混合背靠背PWM結構，即機側采用2個兩電平變流器，網側采用1個三電平逆變器，如圖9所示。2個兩電平變流器分別與2組三相繞組串聯，這種結構既能保證機側運行在低電壓范圍，又能抬高直流側電壓，為網側三電平逆變器提供合適的工作點。網側的三電平逆變器通過提高并網點電壓一般為（3.3kV）降低了網側電流的幅值，解決了在大電流條件下電流環不易控制的問題。而當MPMSG功率等級更高時，網側可以采用更多電平數的級聯H橋逆變器實現中壓（一般為6kV～10kV）并網，這種拓撲省去了升壓變壓器，具有更好的應用價值。

圖9　混合背靠背PWM拓撲結構

在文獻［38］的基礎上，文獻［39］對含有4個三相繞組的MPMSG組成的風電系統進行低電壓穿越的研究，其仿真結果表明在電網發生故障時，采用機側轉速控制和網側電網電壓正序分量前饋的無功補償控制可以實現MPMSG風電系統不脫網運行，并且抑制直流母線電壓波動和過電壓，從而驗證了MPMSG具備低電壓穿越的能力。

上述研究針對拓撲結構的改進使得多相永磁同步發電機應用于風電有了突出優勢，文獻［40］將六相永磁同步發電機的定子繞組看成兩套相互獨立的三相繞組，對每套繞組采用三相矢量分類算法，省去了復雜的扇區判斷和三角函數運算，只需要簡單的線性運算就能得到開關量的取值，是一種十分適合工程應用的算法。而在實際理論研究時，考慮到2套繞組的參數不完全相同及相互之間耦合的存在，這種算法仍然會存在一定偏差。文獻［41］進一步研究對比了六相SPWM、雙三相SVPWM、最大四矢量SVPWM三種算法在調制比、電流脈動等方面的優劣，對六相永磁同步發電機機側控制所需的調制策略具有很強的指導意義。

雖然MPMSG應用于風力發電系統的理論研究已經取得了一定的成果，但是MPMSG在風電領域的應用研究仍處于起步狀態。目前，西班牙風電廠商率先開始商業化生產18相風力發電機，該發電機采用6個對稱三相繞組，分別連接背靠背PWM變流器并網，經過實際運行與分析，可以得到如下結論：這套風電系統具有更好的可靠性、更低的網側諧波及更高的變換效率［33］。

6　MPMSG應用于風電的問題和前景

隨著風電機組單機容量的不斷上升和海上風電的興起，MPMSG以其低壓大功率的特點為大功率風力發電提供了一條可能的途徑。文獻［42］研究具有相同額定功率的六相永磁同步發電機和三相永磁同步發電機在滿載運行時，六相永磁同步發電機輸出的功率比三相提高了6%，這說明隨著相數的增加，定子槽和繞組的利用率得到了提高，因此提高了發電機的效率。

MPMSG通過增加相數不僅實現了大功率風力發電并提高了發電機的效率，還增加了控制系統的自由度。擴展的自由度可以同時控制基波和諧波電流，兩者分別與對應相同次數的轉子磁場作用，產生恒定的轉矩，從而提高發電機的輸出轉矩。因此，在其它條件相同時MPMSG可獲得更高的轉矩密度。另外，擴展的自由度還可以通過改進的矢量控制調節剩余相的電流，來實現MPMSG的容錯運行，從而保證發電機輸出平穩的功率。MPMSG具有的高轉矩密度和容錯運行的獨特優勢，適合風電系統未來發展的要求，因而具有廣闊的發展前景。

盡管國內外相關的理論與技術研究日益增多，但仍然存在一些需要攻克的難題。

（1）MPMSG的低壓大功率與傳統兩電平拓撲之間的矛盾。文獻［33］指出在低電壓、大電流情況下使用傳統的背靠背PWM結構，網側電流環將不易控制，而傳統兩電平變流器的功率等級也無法滿足MPMSG的大功率要求。文獻［35－37］分別采用三相變流器并聯、三相晶閘管整流橋串并聯、三相全控整流橋串聯和三電平逆變器組合的方式，為解決大功率變換帶來的困難提供了可靠的方法，但仍然存在拓撲和控制策略較為復雜的問題。因此，研究MPMSG大功率風力發電的新型拓撲和改進控制策略是實現MPMSG風力發電并網的關鍵。

（2）MPMSG的故障穿越。隨著風電接入電網系統比例的不斷增加，逐步成為未來電力系統中的重要電源，電網公司要求風電系統要和傳統發電系統一樣，在電網發生故障時有繼續并網運行的能力。文獻［39］通過仿真和實驗證明了MPMSG同樣具備低電壓穿越的能力，但是，MPMSG在低電壓穿越方面是否比三相永磁同步發電機更具有優勢仍有待研究。

（3）MPMSG的諧波注入法提高轉矩密度。文獻［43］指出在六相不對稱繞組的永磁電機中注入三（或五）次諧波電流理論上可以提高轉矩密度。然而，在六相永磁同步電機中的三次諧波電流是一種零序電流，需要連接中線才能流通，因此利用三次諧波提高轉矩密度的可行性仍有待研究。

（4）MPMSG定子繞組開路下的故障運行。當MPMSG發生定子繞組開路故障時，由正常運行下的電機模型推導得出的機側矢量控制將不再適用。剩余相的定子電流在繞組中形成的磁動勢不再是圓形，即發電機的轉矩會出現脈動，從而機端電壓和電流的波形將不再對稱，幅值和相位都會發生偏移，從而通過整流器得到的直流母線電壓會出現波動，這種波動對網側電流將產生不利的影響。因此，通過構建MPMSG缺相故障下的電機模型和新型控制算法來抑制機側不平衡電流帶來的波動來實現MPMSG的容錯運行仍然是一個極具挑戰的課題。

綜上，雖然MPMSG應用于風電的研究仍存在諸多難題，但是其容量的擴展適應了單機大型化的要求，其轉矩密度的提高適應了國家能源戰略的要求，其容錯運行的特性適合嚴苛的海上風電環境要求，因此MPMSG在風電領域的應用具有廣闊的前景。

7　結論

本文主要分析探討了3方面問題：①梳理了MPMSM的建模方法與電流控制策略，為MPMSG的建模與機側整流器的控制提供借鑒。②指出了MPMSM的諧波電流注入法可以提高其輸出轉矩，為MPMSG利用電流諧波提高轉矩密度提供了理論基礎。③總結了MPMSM開路故障下的建模方法與改進的矢量控制策略，為MPMSG在嚴苛的海上風電環境下實現容錯運行提供了必要的條件。隨著海上風力發電的興起和發展，MPMSG的高轉矩密度和強大的容錯運行優勢為大功率風力發電提供了一種可行的方案。為適應海上風電高可靠性的要求，研究多相永磁風電系統的故障在線檢測和故障狀態下的容錯控制策略將是大勢所趨。

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Review of control and wind power application of multi－phase permanent magnet synchronous motor

ZHOU Li－dan1，LU Kai－jie1，YAO Gang2，3，HAN Ying－duo3，YU Hua－jun4，MEI Bai－shan1（1.School of Electrical Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 201300，China；
2.Ministry of Education，Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion，Shanghai
Jiaotong University，Shanghai 200240，China；3.State Key Laboratory of Control and Simulation of Power System and Generation Equipment，Tsinghua University，Beijing 100084，China；
4.Shanghai Electric Wind Power Equipment Co.，Ltd.，Shanghai 200241，China）

To further explore the prospects of multi－phase permanent magnet synchronous generator in applying to wind power generation system，the modeling and current control strategy of multi－phase permanent magnet synchronous motor（MPMSM）is generalized.The different contributions of the output torque resulting from optimal harmonic injection rates under various actual requirements are analyzed.Unified mathematical model of MPMSM with normal operation and one phase opened is summarized，and the motor under open circuit failure can operate normally by the vector control and optimization strategies of current.Finally，it points out that the opportunities and challenges of the multi－phase permanent magnet synchronous generators in the wind power generation systems.Key words：multi－phase permanent magnet synchronous motor；harmonic injection rate；optimization strategy of current；fault tolerant control

1005—7277（2016）01—0007—09

TM315

A

周荔丹（1973－），女，副研究員，博士，研究方向為電力電子在電力系統中的應用和電能質量。

陸凱捷（1990－），男，碩士研究生，研究方向為多相永磁同步發電機風電并網技術。

姚鋼（1977－），男，通訊作者，副研究員，博士，研究方向為電力電子在電力系統中的應用和電能質量。

2015－10－09