无速度永磁同步风力发电机控制方法研究

发布时间：2017-10-07 19:10

  本文关键词：无速度永磁同步风力发电机控制方法研究

  更多相关文章： 永磁同步风力发电机 无速度传感器技术 矢量控制 反电动势 死区补偿算法 锁相环

【摘要】：随着不可再生能源的短缺,可再生能源越来越受到人类的追捧,而风力发电在新能源发电中也逐渐占据了很大的比例。永磁同步风力发电技术因为具有结构简单、容易维护、成本低、可靠性较高等优势,所以它在风力发电技术的领域里占据了半壁江山。但是永磁电机在旋转时主要依靠机械式传感器采集过来电机的电角度和转速,但是机械传感器却增加了系统的耗费,使系统整体可靠性大大降低,所以永磁同步发电技术中越来越多的采用无速度传感器来替代机械传感器。本课题首先简单叙述了风电技术发展的现实状况和趋势,解释了两种风力发电机组在变速恒频技术下的运行模式。又阐述了在当今电气传动领域中,永磁同步电机无速度传感器这一控制技术的发展历程和未来的发展趋势。然后,对永磁同步发电机建立了精确的数学模型。详细叙述了各个坐标系之间的变换矩阵方程及永磁同步发电机在三种坐标系下对应的数学模型；深入的分析了永磁同步电机的矢量控制策略的原理和应用。为提高永磁同步发电机无传感器系统的控制性能,本文还介绍了一种考虑死区影响的无速度传感器PMSG控制方法。考虑死区对电压源型逆变器输出电压的影响,对逆变器进行了数学建模,通过这一模型,对死区造成的电压误差进行修正,并采用反电动势和锁相环技术相结合的控制算法对电机的转子位置和转速进行估算,使得无速度传感器的控制精度进一步得到了提高。最后,为了验证理论分析的正确性,针对本文提出的控制方法进行了仿真和实验验证。对基于逆变器的硬件控制系统进行了软件设计。经过小功率的发电和电动实验,证实了采取了基于零d轴电流矢量控制下的结合了反电动势和锁相环技术的这一控制方法的正确性和可行性。
【关键词】：永磁同步风力发电机 无速度传感器技术 矢量控制 反电动势 死区补偿算法 锁相环
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-14
• 1.1 论文研究的大致背景8-10
• 1.2 永磁同步风力发电技术研究现状10-12
• 1.2.1 直驱风力发电系统的变流装置结构简介11
• 1.2.2 永磁电机无机械传感器控制技术的现状及课题选取的意义11-12
• 1.3 本课题主要研究内容和各个章节大致安排12-14
• 第二章 概述永磁同步风力发电机的控制技术14-27
• 2.1 永磁同步风力发电机的基本结构和大致分类14-15
• 2.2 永磁同步风力发电机所建立的数学模型15-20
• 2.2.1 坐标变换15-16
• 2.2.2 PMSG在ABC坐标系中的数学模型16-17
• 2.2.3 PMSG在αβ坐标系中的数学模型17-18
• 2.2.4 PMSG在dq坐标系中的数学模型18-20
• 2.3 矢量控制技术简述20-27
• 2.3.1 零d轴电流控制方法22-24
• 2.3.2 恒功率因数矢量控制24
• 2.3.3 恒定气隙磁链控制24-25
• 2.3.4 最大转矩电流比控制25
• 2.3.5 四种控制策略的比较25-27
• 第三章 PMSG无速度传感器的控制方法27-37
• 3.1 基于反电动势的电机转子位置和速度的估计27-28
• 3.2 逆变器电压建模及死区补偿方法28-35
• 3.2.1 三相全桥式逆变器主电路解析及死区产生原理28-29
• 3.2.2 逆变器输出电压的数学模型29-32
• 3.2.3 死区电压补偿算法32-35
• 3.3 锁相环转子位置及速度检测35-37
• 第四章 永磁同步发电机无传感器控制系统仿真37-42
• 4.1 PMSG控制系统相关基础模块的搭建37-39
• 4.2 PMSG控制系统的仿真介绍39-42
• 4.2.1 基于i_d=0控制策略的仿真研究39-40
• 4.2.2 结合反电动势和锁相环技术的仿真系统分析40-42
• 第五章 实验系统设计与实验结果分析42-55
• 5.1 实验系统硬件设计42-49
• 5.1.1 系统主控制器43-45
• 5.1.2 风机模拟器及相关设置45-48
• 5.1.3 永磁同步电机48-49
• 5.2 控制系统软件设计49-50
• 5.3 实验结果分析50-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 结论55-56
• 参考文献56-59
• 在学期间的研究成果59-60
• 致谢60

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