基于磁鏈和電磁轉矩觀測技術的永磁同步電機矢量控制策略研究.pdf

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

2、常常根據(jù)當前風速計算出最優(yōu)轉速下的電磁轉矩,并將此轉矩指令下發(fā)給永磁同步電機控制系統(tǒng),進而調節(jié)風機運行在最優(yōu)轉速。常規(guī)的永磁同步電機轉矩控制是通過穩(wěn)態(tài)轉矩表達式計算出電機的轉矩電流指令,該方法對電機參數(shù)的依賴性強,參數(shù)魯棒性較差,雖然通過參數(shù)辨識可以有效改善轉矩控制的精度,但多個參數(shù)辨識算法使控制系統(tǒng)變得復雜。本文提出采用轉矩閉環(huán)來實現(xiàn)精度較高的轉矩控制,這需要精確的轉矩觀測,永磁同步電機的電磁轉矩可以通過定子磁鏈與定子電流叉乘運算獲得

3、,因此定子磁鏈觀測至關重要。本文采用一種擴展轉子磁鏈狀態(tài)觀測器,并通過定子磁鏈與擴展轉子磁鏈的關系計算出定子磁鏈。該定子磁鏈觀測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采用的是基于磁鏈定向的矢量控制策略,因此需要使用轉子位置。由于永磁直驅風力發(fā)電機多為外轉子結構,安裝位置傳感器較為復雜,成本較高,本文在進行定子磁鏈觀測時觀測的擴展轉子磁鏈中包含了轉子位置信息,通過軟件鎖相環(huán)可

4、以提取出轉子位置信息。由于本文對永磁同步電機進行轉矩跟蹤控制,但電機本體設計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,而電流諧波會引起一定程度的轉矩脈動,進而影響轉矩跟蹤控制的性能。本文針對電機運行過程中出現(xiàn)的5、7次主要諧波,設計了基于準諧振控制和PI控制并聯(lián)的電流調節(jié)器,可以有效抑制電流諧波。最后,搭建了11KW的永磁同步電機矢量控制仿真模型和實驗平臺,并對文中設計的定子磁鏈觀測、轉子位置估計以及電流諧波抑制方案進行了仿真