無(wú)位置傳感器控制技術(shù)在直驅變流器中的應用

摘要：直驅型風(fēng)電機組具有能量轉換效率高、可靠性高、并網(wǎng)功率控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。電機的轉速和轉子位置角是直驅變流器控制策略中的重要參數。介紹了一種基于無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的轉速和位置測量方法，該方法簡(jiǎn)單、快速、動(dòng)態(tài)響應好。闡述了直驅型風(fēng)電變流器的拓撲結構和控制策略，以及無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的測量原理和控制方法。通過(guò)Matlab／Simulink仿真和現場(chǎng)工程應用，驗證了該控制技術(shù)的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：無(wú)位置傳感器；變流器；直驅?zhuān)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/永磁同步電機">永磁同步電機

1 引言
直驅型風(fēng)電機組具有能量轉換效率高、可靠性高、并網(wǎng)功率控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景。為實(shí)現直驅型風(fēng)電機組高性能的閉環(huán)矢量控制，需獲得轉子轉速和實(shí)時(shí)位置。通常采用成本合理、性能良好的無(wú)位置傳感器控制技術(shù)，通過(guò)檢測電機的電流、電壓等可測物理量進(jìn)行位置和速度估算。
無(wú)位置傳感器檢測方法包括：基于永磁同步電機(PMSM)基本電磁關(guān)系的方法、三相端電壓和電流計算、基于反電動(dòng)勢或定子磁鏈估算、基于各種觀(guān)測器的估算方法。其中基于反電勢進(jìn)行轉子的轉速和位置估計的方法，具有簡(jiǎn)單、快速和動(dòng)態(tài)響應快的優(yōu)點(diǎn)。

2 直驅型風(fēng)電機組控制概述
2．1 永磁同步電機數學(xué)模型
這里采用基于矢量控制的控制策略，因此PMSM數學(xué)模型需在d，q坐標系下建立。圖1示出PMSM數學(xué)模型及其在d，q坐標下的矢量圖。ωT為電機機械角速度。

2．2 控制策略
PMSM控制策略原理包括基于轉子磁場(chǎng)定向的矢量控制和基于定子磁場(chǎng)定向的直接轉矩控制兩類(lèi)，針對不同控制目標，兩類(lèi)控制策略的實(shí)現方法不同。這里研究矢量控制，以id=0策略為例，將d軸電流分量控制為零，根據此控制思路可得最新的轉矩方程：Te=1．5pψfisq，可見(jiàn)，采用這種控制思路，電機轉矩大小只與q軸電流、主磁鏈成正比，故可采用轉矩外環(huán)和電流內環(huán)控制策略，其中轉矩外環(huán)采用開(kāi)環(huán)控制模式，控制流程見(jiàn)圖2。

在圖2中，忽略Rs的影響，ωeψf為q軸電壓前饋量，它能降低機側解鎖瞬間電流的沖擊，在控制過(guò)程中較關(guān)鍵。