變速恒頻永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)D T C控制系統(tǒng)的研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 崔高藝

變速恒頻永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)D T C控制系統(tǒng)的研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 崔高藝

在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)有著顯著的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。在直驅(qū)型變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速低，可與風(fēng)力機(jī)直接相連，無需升速。直接轉(zhuǎn)矩控制在定子坐標(biāo)系下來進(jìn)行直接控制定子的轉(zhuǎn)矩和磁鏈，控制運(yùn)算量更小，結(jié)構(gòu)更加簡單。本文即是采用直接轉(zhuǎn)矩控制對永磁同步發(fā)電機(jī)的機(jī)側(cè)變流器部分進(jìn)行的相關(guān)控制技術(shù)研究，來實現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，并利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件，搭建了整個系統(tǒng)的仿真模型，驗證了所提出的控制系統(tǒng)方案的準(zhǔn)確性和有效性。

變速恒頻；永磁同步電機(jī)；Matlab

0 引言

近年來，變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)與變速恒頻發(fā)電技術(shù)作為全球風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的主流技術(shù)備受關(guān)注。根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性以及控制方式，風(fēng)力發(fā)電可分為恒速恒頻(Constant Speed Constant Frequency，CSCF)和變速恒頻(Variable Speed Constant Frequency VSCF)兩大發(fā)電運(yùn)行方式。但隨著電力電子變頻技術(shù)的進(jìn)步，恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電已逐步退出電力市場。目前，國內(nèi)外變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展迅速，其中典型的技術(shù)方案的主要為雙饋異步式風(fēng)力發(fā)電、直驅(qū)型同步發(fā)電。

本文永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制略進(jìn)行了分析，建立了各組成部分的數(shù)學(xué)模型與仿真模型，并進(jìn)行相關(guān)驗證。

1 永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制

永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在圖1所示結(jié)構(gòu)圖中，電機(jī)的定子流量是通過電流傳感器測得的，由開關(guān)信號Sa、Sb、Sc和直流母線電壓Udc計算出電機(jī)的的定子電壓，然后通過克拉克變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下電流和電壓的α軸和β軸分量[1]，再通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩計算模塊得到當(dāng)前狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值、位置的實際值，再將得到的實際值與給定值做滯環(huán)比較得到滯環(huán)比較器的輸出值，開關(guān)矢量表根據(jù)滯環(huán)比較器的輸出值和磁鏈的當(dāng)前位置信號判斷選擇出合適的電壓矢量去控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩。

圖1 永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 仿真分析

構(gòu)建永磁同步發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的完整仿真系統(tǒng)。仿真參數(shù)設(shè)置：永磁電機(jī)定子電阻Rs=0.004054，定子電感L=3mH。定子磁鏈給定值為0.8wb，轉(zhuǎn)矩給定值為10.5。極對數(shù)P=2，在t=0.4s時風(fēng)速從0階躍到11.5m/s。仿真結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 系統(tǒng)磁鏈運(yùn)動軌跡

從圖2所示仿真波形可以看出，圓形磁鏈的毛刺較少。可以看出觀測磁鏈達(dá)到了給定磁鏈，并且在設(shè)置的滯環(huán)寬度范圍內(nèi)上下波動，這也屬于正常情況。

圖3 三相定子電流Iabc

圖3所示的是PMSG定子三相電流波形，ABC三相電流成正弦波，且互差120度分布。

3 總結(jié)

本論文就永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制略進(jìn)行了從理論到仿真的深入研究，闡述了永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，給出了永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并通過仿真結(jié)果分析，證明了本論文所述理論和方法的正確性。

[1]李冉．永磁同步電機(jī)無位置傳感器運(yùn)行控制技術(shù)研究[D]．浙江大學(xué)博士學(xué)位論文,2012．

[2]易伯瑜．永磁同步電機(jī)高性能無傳感器控制技術(shù)研究[D]．華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文,2014．

[3]朱軍,韓利利,汪旭東．永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．微電機(jī),2013(9)．

[4]高志軍．內(nèi)置式永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]．湖南大學(xué)碩士論文,2012．