无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制
永磁同步电机无速度传感器的矢量控制研究
永磁同步电机无速度传感器的矢量控制研究随着电动车、风力发电和工业自动化等领域的快速发展，对电机性能的要求也越来越高。
永磁同步电机作为一种高效、高性能的电机，被广泛应用于这些领域。
然而，传统的永磁同步电机控制方法需要使用速度传感器来实时获取电机转速信息，增加了系统复杂性和成本。
为了解决这一问题，研究人员开始探索无速度传感器的矢量控制方法。
无速度传感器的矢量控制方法是一种基于电机的电流和电压信息来估计电机转速的控制策略。
这种方法可以减少系统的复杂性和成本，并提高系统的可靠性。
在永磁同步电机的矢量控制中，首先通过电压源逆变器将直流电源转换为交流电源，并通过空间矢量调制控制方法产生合适的电压矢量。
然后，通过电流环控制和速度环控制，实现对电机的控制。
在无速度传感器的矢量控制方法中，电机转速的估计是关键的一步。
传统的速度估计方法有观测器法、模型基于法和滑模法等。
观测器法是一种基于状态观测器的方法，通过估计电机转子位置和速度来实现转速的估计。
模型基于法是一种基于电机数学模型的方法，通过对电机状态方程的求解来估计转速。
滑模法是一种基于滑模控制理论的方法，通过设计滑模面来实现转速的估计。
然而，这些传统的速度估计方法存在一些问题。
观测器法需要较高的计算复杂度和较大的估计误差。
模型基于法需要精确的电机参数和较长的响应时间。
滑模法对控制参数的选择敏感，并且容易产生震荡。
为了改进无速度传感器的矢量控制方法，研究人员提出了一些新的技术。
例如，基于自适应算法的速度估计方法可以根据电机工作状态自动调整估计参数，提高估计精度。
基于模型预测控制的速度估计方法可以通过对电机转子位置和速度的预测来实现转速的估计。
这些新的方法在提高控制性能和减少系统复杂性方面取得了一定的成果。
综上所述，永磁同步电机无速度传感器的矢量控制是电机控制领域的研究热点之一。
通过研究新的速度估计方法，可以提高永磁同步电机控制系统的性能和可靠性，降低成本和复杂度。
1.5MW永磁直驱风电机组并网变流器的研制
*基金资助项目：上海市教委科研创新项目（08YZ101） 作者简介：姚为正（1967-），男，博士后，副教授，E-mail ：weizhengy@1.5MW 永磁直驱风电机组并网变流器的研制*姚为正1，宋运昌1，刘刚2，赵瑞杰2（1．上海理工大学计算机与电气工程学院，上海，200093 2．许继集团，许昌，461000）摘要：介绍了永磁直驱风电机组并网变流器系统结构和工作原理，并对并网变流器发电侧和电网侧的控制策略和控制电路进行了研究，在此基础上，研制了一台1.5MW/690V 永磁直驱风电机组并网变流器样机，进行了相应的实验研究。
实验结果表明，本文采用的控制策略和控制电路正确有效，并网变流器能实现能量的双向传递，具有优良的并网特性。
关键词： 风电机组；变流器 ；矢量控制；并网Development of Grid-converter for 1.5MW Permanent Magnet Direct Drive Wind TurbineYAO Wei-zheng 1， SONG Yunchang 1 ，LIU Gang 2 ，ZHAO Rui-jie 2(1.School of Computer and Electrical Engineering ，University of Shanghai for Since and Technology ，Shanghai 200093，China ；2．Xuji Group ，Xuchang 461000，China ）Abstract ：It is introduced the system structure and working principle of grid-converter for permanent magnet direct drive wind turbine ，control strategy and circuits of generator and grid sides are studied ．On the basis of this ，a prototype of grid-converter for 1.5MW/690V permanent magnet direct drive wind turbine is developed and corresponding experimental is done. Experimental results show that the control strategy and circuits is correctly and effectively ，with appropriate control ，the power can flow from the supply to generator or the reverse flow, the converter has an excellent network characteristics ． Key words ：Wind Turbine ；Converter ；Vector control ；Grid-connected1 概述风能是取之尽的清洁能源，风力发电对于缓解当前能源紧张的局势，为传统的发电方式寻找替代能源以及可持续发展都是有益的尝试[1-4]。
永磁同步电机无速度传感器控制技术研究
永磁同步电机无速度传感器控制技术研究永磁同步电机是一种高性能、高效率的电机，广泛应用于工业和交通领域。
传统的永磁同步电机控制方法需要使用速度传感器来测量电机转速，但是速度传感器的安装和维护成本较高，且容易受到环境干扰。
因此，研究无速度传感器控制技术对于提高永磁同步电机的控制性能具有重要意义。
无速度传感器控制技术主要通过估计电机的转速和位置来实现控制。
其中，转速估计是无速度传感器控制技术的核心。
常用的转速估计方法有基于反电动势法、模型参考自适应系统法和卡尔曼滤波法等。
基于反电动势法是一种简单且有效的转速估计方法。
该方法通过测量电机相电压和电流，利用电机的反电动势来估计电机的转速。
但是，由于电机参数和负载变化等因素的影响，估计精度有限。
模型参考自适应系统法是一种基于模型参考自适应控制理论的转速估计方法。
该方法通过建立电机的数学模型，利用模型参考自适应控制器来估计电机的转速。
该方法具有较高的估计精度，但是需要较为准确的电机模型，且计算量较大。
卡尔曼滤波法是一种基于状态估计的转速估计方法。
该方法通过建立电机的状态空间模型，利用卡尔曼滤波器来估计电机的转速。
该方法具有较高的估计精度，且对电机和负载的变化具有较好的适应性。
在无速度传感器控制技术的研究中，还需要考虑系统的稳定性和鲁棒性。
稳定性是指系统在受到干扰或参数变化时能够保持稳定的性能。
鲁棒性是指系统对于参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。
因此，研究无速度传感器控制技术还需要考虑稳定性分析和鲁棒性设计。
总之，无速度传感器控制技术是永磁同步电机控制领域的研究热点。
通过对转速估计方法的研究和改进，可以实现对永磁同步电机的高精度、高效率控制，提高其在工业和交通领域的应用价值。
风电变流器中永磁同步电机无传感器控制技术
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Ｐ ＭＳ Ｍ 的无传 感器 控 制 的关键 技术 ， 研 究 它具 有
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永磁同步电机无速度传感器控制系统关键技术研究
永磁同步电机无速度传感器控制系统关键技术研究随着电机技术的不断发展，永磁同步电机作为一种高效、高性能的电机类型，被广泛应用于工业生产和家用电器等领域。
然而，传统的永磁同步电机控制系统需要使用速度传感器来实时监测电机转速，这增加了系统的复杂性和成本。
为解决这一问题，研究人员提出了一种基于无速度传感器的永磁同步电机控制系统，该系统通过利用电机自身的特性来实现对转速的准确控制。
该系统的关键技术之一是无速度传感器的转速估计算法。
传统的速度传感器通常通过检测电机转子上的位置传感器来获取转速信息，但这种方法存在成本高、安装复杂等问题。
而无速度传感器的转速估计算法则是通过对电机的电流、电压和磁通等参数进行测量和分析，通过数学模型推导得出转速的估计值。
这种方法不仅可以准确估计电机转速，还可以实时调节控制策略，提高系统的响应性能。
另一个关键技术是无速度传感器的转矩控制算法。
在传统的永磁同步电机控制系统中，通常需要使用速度传感器来实时监测电机转速，并结合转速和转矩的关系来控制电机输出的转矩。
然而，在无速度传感器的控制系统中，由于无法直接测量电机转速，就需要通过转速估计算法来获取转速信息，并根据转速和转矩的关系来控制电机输出的转矩。
这就要求转矩控制算法能够准确地根据估计的转速来调整输出的转矩，以实现对电机的精确控制。
此外，无速度传感器的控制系统还需要解决电机启动和低速运行时的问题。
由于无速度传感器的控制系统无法直接测量电机转速，因此在电机启动和低速运行时，需要通过其他方法来获取转速的初始值，并根据这个初始值来进行转速估计和控制。
这就要求系统能够快速准确地获取转速的初始值，并根据这个初始值进行后续的转速估计和控制。
综上所述，无速度传感器的永磁同步电机控制系统是一种新型的电机控制方案，具有简化系统结构、降低成本、提高控制性能等优点。
通过研究无速度传感器的转速估计算法、转矩控制算法和启动低速运行的方法，可以进一步完善和优化这一控制系统，推动永磁同步电机技术的发展和应用。
永磁直驱风电变流器无传感器控制研究
（ Ｐ Ｍ Ｓ Ｇ ） 进行控制 。永磁 同步发 电机 的无传感器控制技术具有重要 的研究意义 。根据永磁 同步发 电机的数学 模型 ， 利用其 电磁 、 电气关系 ， 提出了一种基 于转 子磁链 闭环锁相环 的永磁 同步发 电机位置 的估算算法 。通过 仿真和实验结果 表明 ， 利用该估 算方法能够准确计算 出永磁 同步发 电机 的位置 ， 并可 以利用其对永 磁同步发
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｉ Ｃ Ｄ Ｒ Ｉ Ｖ Ｅ ２ ０ １ ４ Ｖ ｏ １ ． ４ ４ Ｎ ｏ ． ２
电气传动 ２ ０ １ ４ 年 第４ ４ 卷 第２ 期
永磁直驱风 电变流器无传感器控制研 究
付明星 ， 李明成 ， 马培锋 ， 吕杰 （ 中广核工程有限公司， 广 东 深圳 ５ １ ８ ０ ２ ４ ）
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Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ －ｄ ｉｖ ｒ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｗｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｈ ａ ｓ ａｂ ｒ ｏ ａ ｄｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｂａ ｃ ｋ － ｔ ｏ － ｂ ａ ｃ ｋｆ ｕ ｌ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ￣ ｅ ｒ ｉ ｓｔ ｈ ｅｋ ｅ ｙ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ —
直驱型永磁同步风力发电机无传感器控制_陈明亮
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直驱型永磁同步风力发电机无传感器控制
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第# 期
直驱型永磁同步风力发电机无传感器控制
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更宽的速度运行范围， 并且具有风能利用率高、 系统 结构简单、 功率密度和效率高、 故障率低、 维护成本 。 低等优点， 是目前风力发电研究热点 （ $%&’()%)* ’(+)%* 直驱型永磁同步风力发电机 ,-)./&0)01, +%)%&(*0& ， 2345 ） 的控制目前有两种常 见的拓扑结构： 一种是通过二极管不控整流后经过 升压变换 和 逆 变 后 送 至 电 网； 另一种是采用基于 6578 的整流器和逆变器， 其拓扑结构为普通的三相 桥式结构或多电平结构。 同二极管整流器相比， 采 293 用 整流器可以对发电机输出电流进行控制， 降低了发电机的铜耗和铁耗， 并且 293 整流器可 提供几乎为正弦的电流， 因而减少了发电机侧的谐 波电流。 在 2345 转子磁场定向矢量控制中， 精确的转 子位置检测是关键。通常在电机轴上安装光电编码 器等传感器测量转子位置和转速， 但随之带来环境 适应性不强、 系统鲁棒性降低、 转子转动惯量增大等 问题。为此， 很多学者致力于无位置传感器控制策
永磁直驱型风力发电系统中变流器的控制技术研究的开题报告
永磁直驱型风力发电系统中变流器的控制技术研究的开题报告一、课题研究的背景和意义随着环保意识的提高和新能源技术的不断发展，风力发电成为近年来备受关注的一种清洁能源。
而永磁直驱型风力发电系统由于其高效、稳定和可靠等特点，受到了广泛的应用。
在永磁直驱型风力发电系统中，变流器是连接发电机和电网的重要电气设备，它主要的任务是将直流电转换为交流电，并使其与电网保持同步。
因此，变流器的控制技术对于整个系统的性能和安全运行具有重要的影响。
因此，本研究将探讨永磁直驱型风力发电系统中变流器的控制技术。
二、研究的内容和方法本研究旨在研究永磁直驱型风力发电系统中变流器的控制技术，具体内容包括：1. 变流器控制策略的分析和设计；2. 变流器电流、电压控制系统的设计；3. 系统的建模与仿真；4. 结合实际系统进行实验验证。
研究方法主要包括理论分析、数学建模、仿真模拟和实验验证。
三、预期的研究结果和意义本研究预期可以得出以下结果：1. 设计出适合永磁直驱型风力发电系统的变流器控制策略；2. 提出一种稳定的电流、电压控制系统；3. 建立的系统模型能够有效反映永磁直驱型风力发电系统的工作性能；4. 结合实际系统的实验可以验证本研究的可行性。
本研究的意义在于：1. 提高永磁直驱型风力发电系统的稳定性和安全性；2. 推动永磁直驱型风力发电技术的发展；3. 为其他清洁能源发电系统的变流器控制技术提供参考。
四、可能存在的问题及解决措施在研究过程中可能会遇到以下问题：1. 变流器的设计和控制技术需要的知识较为广泛，需要在相关领域广泛掌握知识；2. 分析不同工况下的性能要求和稳定性指标有一定难度；3. 系统模型的建立和仿真需要一定的计算资源。
针对以上问题，我们将通过以下措施解决：1. 组建团队，各自承担不同的任务，互相协作；2. 充分理解工况和性能指标，以及相关标准和法规；3. 加强计算机和仿真软件的学习和使用。
五、总体计划和进度安排本研究将分为以下几个阶段进行：第一阶段：文献调研和分析，包括相关知识的学习和领域内的研究成果分析。
永磁直驱风力发电机无传感器矢量控制研究
ＥＬＥ ＣＴＲＩ ＤＲＩ ２ １ Ｖｏ． ｌ Ｎｏ ４ Ｃ ＶＥ ０１ １４ ．
永 磁 直驱 风 力 发 电机 无 传感 器 矢 量 控 制 研 究
易 映 萍 刘 普 吴 金 龙 。 ， ，
（ ．上 海理 工 大学 光 电信 息与计 算机 工程 学院 ， 海 ２ ０ ９ ； １ 上 ０ ０ ０
２ 西 安 交通 大 学 电 气 工 程 学 院 ， 西 西 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ７ ０ ４ ； ． 陕 １０ ９
３ ．许 继 柔 性 输 电 系统 公 司 ， 南 许 昌 ４ １ ０ ） 河 ６ ０ ０
摘 要 ： 背 靠 背 直 驱永 磁 风 力 发 电 系统 中 ， 传 感 器 控 制 技 术 一 直 是 研 究 的 热 点 。在 双 Ｙ 移 ３ 。 相 永 在 无 Ｏ六
关键 词 ： Ｗ Ｍ 变 流 器 ； 磁 同步 发 电 机 ； 模 观 测 器 ； 量 控 制 Ｐ 永 滑 矢
中图分类号： ＴＭ３ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｏ ｌ ｓ ｃ ｏ ｎｔ ｏ ｆ Ｐｅ ｍ ａ ｎｔ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓ ｎｓ ｒ ｅ ｓ Ｖｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｒ ｌ ｏ ｒ ｎｅ Ｍ ａ ｎｅ ｒ ｃ ｉ ｅ Ｗ ｉ ｗｅ ｅ ｅ ａ ｏ ｇ ｔ Ｄｉ ｅ ｔ Ｄｒ ｖ ｎｄ Ｐｏ ｒ Ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ＹＩＹｉ ｇ ｐ ｎ ． Ｕ 。 Ｗ Ｕ ｉ — ｎ 。 ｎ — ｉｇ ＬＩ Ｐｕ ． Ｊ ｎ ｌ ｇ ｏ
明 该 设计 的 滑模 变 结 构 控 制 器 对 负 载 扰 动 具 有 很 强 的 鲁 棒 性 ， 可 以 在 较 广 的 频 率 范 围 运 行 时 准 确 地 估 算 并 转 子位 置 信 息 。而 机 侧 系 统 通 过 监 测 风 速 变 化 实 时调 整 发 电机 转 速 ， 达到 最 大 风 能 捕 获 的 目的 。
永磁同步电机无速度传感器控制系统设计与实现
永磁同步电机无速度传感器控制系统设计与实现永磁同步电机由于其高性能、高效率、高功率密度等优良特点,早已随着工业自动化逐渐发展在精密机床、机器人、航空航天等多个领域广泛应用。
由于许多控制场合对永磁同步电机调速系统的性价比和可靠性提出了更高要求,永磁同步电机无速度传感器控制逐渐发展起来。
由于永磁同步电机无速度传感器控制技术以算法估计转速、位置,由此省去物理的速度传感器,从而降低系统成本并增强了系统可靠性。
在此背景下,本文研究永磁同步电机无速度传感器控制技术的实现,并设计了永磁同步电机控制器样机。
本文首先总结了永磁同步电机矢量控制的基础理论,其中包含坐标系与坐标变换、电机数学模型、空间矢量脉宽调制算法,并给出了永磁同步电机矢量控制系统结构图。
然后提出了基于状态观测器和锁相环的永磁同步电机转速、位置估计方法,配合转速开环时的I/F启动,实现了永磁同步电机的无速度传感器控制。
分析了永磁同步电机的电流控制模型和速度控制模型,并设计了带电压前馈补偿的PI电流控制器和线性自抗扰速度控制器。
给出了 Matlab/Simulink下对速度、位置估计算法和线性自抗扰控制器的仿真验证结果。
在理论推导和仿真验证的基础上,完成了永磁同步电机控制系统硬件、软件的设计。
硬件以单片机STM32F303为控制核心、智能功率模块PS21A79为功率单元,软件使用C语言按模块化、层次化思想编程实现具体的电机控制任务。
从软件、硬件两方面深入探究了电机控制器设计中遇到的电流电压采样、保护机制等问题,并给出可行的设计方案。
在设计的永磁同步电机控制器样机的基础上,搭建实验平台并进行了一系列空载调速、带负载运行的实验,验证了所设计的软硬件系统的稳定性。
给出了速度控制用PID控制器和线性自抗扰控制器(LADRC)时的实验结果,由此验证了提出的无速度传感器控制方法的可行性,证实设计的永磁同步电机控制器样机的控制性能达到了设计要求。
凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制-电力系统自动化
郭磊磊１,张 ㊀ 兴１,杨淑英１,曹仁贤２
摘要 :基于全阶滑模观测器的凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制可以通过提高滑模增益 来提高系统的鲁棒性 , 但提高滑模增益会放大滑模噪声 . 为了解决这个矛盾 , 文中提出了有效反电 动势的概念 , 并基于有效反电动势的概念设计了一种全阶状态滑模观测器 , 分析了该全阶状态滑模 观测器的滑模抖振抑制特性和转子位置估计对转速估计误 差 的 鲁 棒 性 . 与 全 阶 滑 模 观 测 器 相 比 , 所建立的全阶状态滑模观测器在不放大滑模噪声的前提下 , 可进 一 步 提 高 转 子 位 置 估 计 对 转 速 估 计误差的鲁棒性 . 实验结果表明 , 该 方 法 可 实 现 稳 定 的 无 速 度 传 感 器 控 制, 具有良好的动稳态特 性, 转子位置估计对转速估计误差具有更强的鲁棒性 . 关键词 :风力发电 ;凸极永磁同步发电机 ;全阶状态滑模观测器 ;无速度传感器 ;鲁棒性
收稿日期 : ２ ０ １ ３ Ｇ １ １ Ｇ ０ ４;修回日期 : ２ ０ １ ４ Ｇ ０ ４ Ｇ ０ ４. ) . 国家科技支撑计划资助项目 ( ２ ０ １ ２ B AA ０ １ B ０ ４
阶滑模观测器 , 并且 研 究 了 转 子 位 置 估 计 对 转 速 估 计误差的鲁棒性 , 但是只给出了仿真结果 . 链
２ ０ １ ４年１ １月２ ５日
第３ ８ 卷㊀第 ２ ２期
V o l ． ３ ８㊀N o ． ２ ２ N o v ． ２ ５, ２ ０ １ ４
: / D O I １ ０． ７ ５ ０ ０ A E P S ２ ０ １ ３ １ １ ０ ４ ０ ０ １
凸极永磁同步风力发电机无速度传感器控制
( ) 合肥工业大学电气与自动化工程学院 ,安徽省合肥市 ２ 合肥阳光电源股份有限公司 ,安徽省合肥市 ２ １． ３ ０ ０ ０ ９; ２． ３ ０ ０ ８ ８
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3 基于 PLL 的 PM SG 无速度传感器
控制方法及其仿真
基于无速度传感器控制的永磁同步电机调速系 统 ,所要解决的问题是采用何种方法获取转速和转 角 。目前已经提出了很多转速和转角在线估计算 法 ,如模型参考自适应系统估计算法 、 卡尔曼滤波估 计算法 、 电流谐波的估算方法 、 通过获取旋转反电势 的估算方法以及在某一时刻 ,利用理想 dq坐标轴方 程和有估计偏差的 dq 坐标轴方程对比 ,推算出电机 转角等
中图分类号 : T M310 文献标识码 : A 文章编号 : 1007- 449X ( 2009 ) 01- 0067- 06
D evelopm en t on sen sorless con trol ba sed back2to2back converter for d irect2dr iven W ECS usin g P M SG
[3]
3 ψisq 。 p 2
( 2)
其中 p为发电机极对数 。式 ( 2 ) 表示电机电磁转矩 可以通过定子电流的 q轴分量进行控制 。
2 背靠背变流器工作原理
鉴于目前使用背靠背双 PWM 全功率变流器的 永磁同步发电机直驱型并网风电系统具有较大的市 场份额和应用前景 ,拟采用这种拓扑结构 。双 PWM 背靠背变流器由电机侧变流器和电网侧变流器构 成 ,电机侧变流器实现对 PM SG的控制 ,实现有功无 功的解耦控制和转速调节 ; 电网侧变流器则实现输 出并网 ,输出有功无功的解耦控制和直流侧电压控 [9] 制 。永磁直驱风电系统背靠背变流器结构图如 图 1 所示 。采用双 DSP 分别对电机侧变流器和电 网侧变流器进行控制 ,并在两个 DSP 之间进行通讯 以协调两个变流器之间的工作 。 背靠背变流器控制原理图如图 2 所示 。发电 机侧变流器控制器为双环结构 , 包括转速外环和 dq 轴电流内环 , 控制发电机的电磁转矩和输出无
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电 机 与 控 制 学 报 第 13 卷 功功率 ; 模型以发电机转子磁通为参考坐标系 , 电 压方程为 d isd usd = R s isd + L d - L qωisq , dt ( 1) d isq ω ω ψ usq = R s isq + L q + L d isd + 。 dt 其中 : usd 、 usq和 isd 、 isq分别为发电机定子输出电压 、 电流的 dq 轴分量 ; R s 为定子电阻 ; L d , L q 分别为定 子 dq轴电感 ;ω为电机转速 ;ψ为永磁磁通 。 当采用 isd = 0 控制时 , 发电机的电磁 转矩 方 程为
Te =
1 引 言
永磁直驱型风力发电系统在拓扑结构 、 成本 、 经 济效益以及应对电网故障等方面均具有很多独特的 [1] 优势 ,采用双 PWM 背靠背变流器作为直驱风电 系统全功率变流器具有优良的性能 ,控制方法灵活 , 具有四象限运行功能 , 可以实现对电机调速和输送 [2] 到电网电能质量的优良控制 。作为一种发展很 快的技术 ,国外对其进行的相关研究已经较多 ,主要 集中在变流器建模 、 控制算法以及如何提高其故障 穿越能力等方面 。 变速恒频风电系统中 , 位置和速度的 检测 对 实现高性能电机控制的作用非常重要 , 通常采用 数字式编码器 、 正弦波编码器 、 旋转变压器等 ; 当 采用这些器件时 , 需要进行安装和校正 , 并进行信 号处理 ,风力发电的应用环境通常比较恶劣 , 因此 容易受到干扰 , 并有可能损坏 , 从而影响控制的可 靠性 ,而采用无速度传感器控制则可以解决这些 问题 ,并节省了传感器的成本 , 但前提是无传感器 [4] 观测必须有较好的性能 , 目前无速度传感器控 制在 双 馈 型 风 电 系 统 中 的 应 用 已 经 有 较 多 研 [ 5, 6 ] 究 。国外对于无速度传感器控制在直驱型风 [ 7, 8 ] 电系统中的应用也已经有相关研究 , 但国内对 其进行的研究还很少见 。 本文在分析直驱型变速恒频风电系统背靠背变 流器工作原理的基础上 , 详细讨论了基于锁相环的 无速度传感器控制原理 , 将其应用于对风电系统永 磁同步发电机的控制 , 并通过实验对无速度传感器 控制在直驱型风电系统中应用进行了验证 。
dUDC dt 3S d 2C 3S q 2C
-
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第 1期
1
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无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制
0 1
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原理图如图 4 所示 。而且 ^ esd和 ^ esq的值可求 , 即
uq 。 ( 3) u ^sd = R s ^ isd + L d
0 0
第 13 卷 第 1期
2009 年 1 月
电 机 与 控 制 学 报
EL EC TR IC MA CH IN E S AND CON TROL
Vol113 No11 Jan. 2009
无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制
胡书举
1, 2
, 王剑飞 , 赵栋利 , 李建林 , 许洪华
收稿日期 : 2008 - 06 - 12 基金项目 : 中科院电工研究所所长基金 ( 0710141CS1) 作者简介 : 胡书举 ( 1978 - ) ,男 ,博士研究生 ,主要研究方向为风力发电控制技术 ; 王剑飞 ( 1983 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向为风力发电控制技术 ; 赵栋利 ( 1977 - ) ,男 ,硕士 ,助理研究员 ,主要研究方向为风力发电控制技术 ; 李建林 ( 1976 - ) ,男 ,博士 ,副研究员 ,主要研究方向为风力发电控制技术 ; 许洪华 ( 1967 - ) ,男 ,研究员 ,博导 ,主要研究方向为风力发电 、 光伏发电与电力电子技术 。
( 5)
本文采用的无速度和位置传感器控制是基于一 种全数字锁相环实现的 , 锁相环的原理是利用系统 输出的相位和给定信号相位的差值控制系统输出信 号的频率 ,直到输出信号的相位跟踪上给定信号的 频率 。由于锁相环具有频率闭环跟踪特性 , 可以利 用这种特点来测量电机的电压频率 , 进而得到电机 的转速和转子位置角 现一些问题 。 设定 PM SG 实际转子位置的定向坐标系为 dq β 坐标系 ,基于估算位置 θ ^ 的坐标系为 d ^q ^坐标系 ,α 为静止坐标系 ,如图 3 所示 。由于无位置传感器控 制系统中 PM SG 的转子位置并非通过实际检测得 到 ,而是基于估算 ,所以在实际转子位置 θ 和估算位 置θ ^ 之间会存在误差 。假设估计的电机转子位置和 θ,这时由转子永磁体产生的反电动 实际位置相差 Δ 势在以估计的转子位置定向的坐标中产生了 d轴和
[ 10 - 14 ]
。
θ的计 忽略式 ( 4 ) 中的电流微分项 , 可以得到 Δ 算公式为 ^ e u ^ - Rs^ isd +ω ^L q ^ isq Δ θ = arctan - sd = arctan - sd 。 ^ esq u ^ sq - R s ^ isq - ω ^L d ^ isd
Abstract: Conventional digital encoder app lied in w ind energy conversion system (W ECS) may be sus2 cep tible to interference and poor environment . B ased on analysis to the p rincip le of back 2to 2back convert2 er for direct2driven variable speed constout frequency (VSCF ) W ECS, phase lock loop ( PLL ) based sen2 sorless control strategy was adop ted to deter m ine the speed and phase angle of PM SG, and its work p rinci2 p le and realization method are analyzed in detail . Sim ulation model and experi m ental p rototype of direct2 driven W ECS were built, then the app lication of p roposed control strategy was verified by sim ulation and experim ent . The sim ulation and experim ental results p rove that the PLL based sensorless control can ob2 tain accurate speed and phase angle information of PM SG, have fast response, good current control effect, and good steady2state and dynam ic performances, may be used to substitute conventional encoder to control the PM SG, by further im p rovement especially at low speed, for direct2driven W ECS . Key words: permanent magnet synchronous generator; direct2driven w ind energy conversion system; sen2 sorless control; back 2to 2back converter; phase lock loop
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