基于磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩觀測(cè)技術(shù)的永磁同步電機(jī)矢量控制策略研究.pdf

1、在眾多的新能源形式中,風(fēng)能是一種可持續(xù)且應(yīng)用較為成熟的清潔能源。由于風(fēng)能具有隨機(jī)性、爆發(fā)性和不穩(wěn)定性,采用變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組既能夠有效提高風(fēng)能利用率,又可以使風(fēng)機(jī)承受的機(jī)械載荷最小。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中,永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有良好的電網(wǎng)適應(yīng)性,并且永磁同步電機(jī)具有較高的功率因數(shù)、功率密度和效率,這將使得永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到較為廣泛的應(yīng)用。任一風(fēng)速下都有一個(gè)最優(yōu)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與之對(duì)應(yīng)使風(fēng)機(jī)捕獲的風(fēng)能最大,為此,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)

2、常常根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速計(jì)算出最優(yōu)轉(zhuǎn)速下的電磁轉(zhuǎn)矩,并將此轉(zhuǎn)矩指令下發(fā)給永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng),進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)轉(zhuǎn)速。常規(guī)的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制是通過穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流指令,該方法對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性強(qiáng),參數(shù)魯棒性較差,雖然通過參數(shù)辨識(shí)可以有效改善轉(zhuǎn)矩控制的精度,但多個(gè)參數(shù)辨識(shí)算法使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。本文提出采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)精度較高的轉(zhuǎn)矩控制,這需要精確的轉(zhuǎn)矩觀測(cè),永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以通過定子磁鏈與定子電流叉乘運(yùn)算獲得

3、,因此定子磁鏈觀測(cè)至關(guān)重要。本文采用一種擴(kuò)展轉(zhuǎn)子磁鏈狀態(tài)觀測(cè)器,并通過定子磁鏈與擴(kuò)展轉(zhuǎn)子磁鏈的關(guān)系計(jì)算出定子磁鏈。該定子磁鏈觀測(cè)方法主要受定子電阻影響,基本不受直軸電感、交軸電感和永磁體磁鏈的影響,參數(shù)魯棒性好。本文的永磁同步電機(jī)采用的是基于磁鏈定向的矢量控制策略,因此需要使用轉(zhuǎn)子位置。由于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)多為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),安裝位置傳感器較為復(fù)雜,成本較高,本文在進(jìn)行定子磁鏈觀測(cè)時(shí)觀測(cè)的擴(kuò)展轉(zhuǎn)子磁鏈中包含了轉(zhuǎn)子位置信息,通過軟件鎖相環(huán)可

4、以提取出轉(zhuǎn)子位置信息。由于本文對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩跟蹤控制,但電機(jī)本體設(shè)計(jì)及逆變器的非線性特性使得定子電流中常常含有電流諧波,而電流諧波會(huì)引起一定程度的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),進(jìn)而影響轉(zhuǎn)矩跟蹤控制的性能。本文針對(duì)電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的5、7次主要諧波,設(shè)計(jì)了基于準(zhǔn)諧振控制和PI控制并聯(lián)的電流調(diào)節(jié)器,可以有效抑制電流諧波。最后,搭建了11KW的永磁同步電機(jī)矢量控制仿真模型和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)文中設(shè)計(jì)的定子磁鏈觀測(cè)、轉(zhuǎn)子位置估計(jì)以及電流諧波抑制方案進(jìn)行了仿真