永磁风力发电机无位置传感器控制策略的研究

发布时间：2020-07-05 13:48

【摘要】：永磁同步发电机(PMSG)矢量控制系统需时刻检测电机转子位置信息,在机侧变流器控制中,风力发电机的转子位置及转子速度信息通过传感器获得。如何避免采用这类传感器实现对PMSG的高性能控制,国内外学者对PMSG无传感器控制技术展开研究。本文将对永磁风力发电机无位置传感器的控制理论及控制策略进行深入研究。首先,介绍永磁风力发电机无传感器技术的研究现状,综述国内外无传感器控制,尤其在转子位置检测技术分类方面。着重分析现阶段转子位置检测技术的重点以及难点问题,在诸多难点问题中重点介绍初始位置检测以及多风速域的转子位置高精度估计。研究了基于滑模观测器(SMO)结合同步参考系锁相环(SRF-PLL)的永磁风力发电机转子位置估计方法。介绍SMO的变结构控制原理;切换面的选取和控制函数的设计;分析了SMO应用在转子位置估计中产生误差的原因。介绍SRF-PLL的工作原理,分析其在位置估计中产生误差的原因。搭建了SMO结合SRF-PLL的无传感器控制仿真模型,利用仿真验证了该方法在转子位置估计中的优缺点。其次,针对SMO结合SRF-PLL的转子位置估计方法在风速突变时转子位置估计精度较低等问题。提出基于有限位置集锁相环(FPS-PLL)的永磁风力发电机转子位置估计方法,设计迭代函数消除了SRF-PLL的PI整定过程;设计代价函数辅助观测器对反电动势谐波进行滤除;大大降低了在风速突变时转子位置估计误差,并有效提高了整个无传感器控制系统的估计精度。仿真和实验结果表明该方法在风速突变时能够快速跟踪转子位置和转速信息,转速跟踪整定时间减少63%,位置误差在0.03rad以下,具有良好的动静态性能及更高的估计精度。最后,针对基于SMO的转子位置估计方法存在的零速、低速运行时转子转速跟踪误差较大的问题,研究了基于脉振高频电压信号注入法的永磁风力发电机转子转速跟踪方法。搭建了旋转高频电压注入法和脉振高频注入法系统结构,并做了详细数学推导。提出一种全速范围复合观测器,将旋转高频电压注入法与SMO和FSP-PLL方法结合在一起。引入一种权重均值法实现两种方法的平滑处理,最后通过仿真验证该方法的有效性。实现了永磁风力电机全速范围运行时转子位置的高精度估计。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM315
【图文】：

图 3.1 永磁体磁场定向矢量图g. 3.1 Permanent magnet field orientation ve的滑模观测器可得估计反电动势，通，将其离散化，反电动势计算为： k 1ki i+

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