CN101282102A - 兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法 - Google Patents
兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101282102A CN101282102A CNA2008100251697A CN200810025169A CN101282102A CN 101282102 A CN101282102 A CN 101282102A CN A2008100251697 A CNA2008100251697 A CN A2008100251697A CN 200810025169 A CN200810025169 A CN 200810025169A CN 101282102 A CN101282102 A CN 101282102A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pmsg
- control method
- value
- angle
- speed sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法,按以下步骤实现:(1)利用PMSG定子电压锁相环(PLL)控制方法,确定定子电压Us的相位和PMSG电角速度ωs;(2)基于定子电压Us的PLL模型和定子q轴电压uq定向的闭环控制的PMSG无速度传感器矢量控制方法,确定PMSG的功率角δ及矢量坐标角度s;(3)用定周期Ts摄动转子磁链ψf算法,确定最大输出功率时的功率角δ和s值,同时刷新ψf值。本发明所提控制技术方法对PMSM参数波动鲁棒性强,工程实现简单,能实时保持PMSM最大发电功率输出,能解决一系列诸如PMSM电机参数波动、电机动、静态运行时定向不准和系统易失步的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机速度的控制方法,尤其涉及一种兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器的控制方法。
背景技术
永磁同步直驱风电机组中,为了对永磁同步电机(PMSM)进行准确的矢量控制,必须要知道转子的位置信息,最常用的方法是在转子轴上安装速度传感器。然而速度传感器的存在会带来很多问题。具体为:(1)兆瓦(MW)级PMSM上,速度传感器的成本相对于整个风机的全部成本来说尽管非常小,但属于易损高精度仪器,而且往往运行在极端恶劣的环境条件下,其维护成本远远超过传感器本身的造价。一旦速度传感器发生故障整个风机就必须停机,造成的损失也是巨大的。(2)在风机这种特定的应用场合,速度传感器的精度易受雨水湿度和振动噪声的影响。而且风机机舱和塔架中没有足够的空间将电缆线与信号线隔离,这会增加对速度传感器信号线的干扰。可见,速度传感器的存在无疑降低了系统的可靠性。(3)MW级永磁同步直驱风电机组,为了增加PMSM的转动惯量和极对数以提高功率输出,常采用先进的外转子结构。然而在外转子PMSM中,速度传感器却难以安装,这也成为外转子PMSM应用的瓶颈。总之,为了提高风电机组运行的可靠性,降低系统的维护成本,在MW级永磁同步直驱型风电机组中,一般均省去编码器等速度传感器,而采用先进的无速度传感器控制技术。关于MW级永磁同步直驱机组无速度传感器控制技术,国内外提出了许多种方法:在S.Bolognani,M.Tomasini,L.Tubiana,et al..Start-up Strategy for aSensorless Direct Drive PM Generator for Wind Turbines.IEEE-ISIE Conf.Rec.,2005.Dubrovnik,Croatia;江俊,沈艳霞,纪志,“基于EKF的永磁同步电机转子位置和速度估计,”系统仿真学报,2005,17(7);1704-1707,在以上两篇文献中所记载的两种方法,采用扩展的卡尔曼滤波(EKF)方法使得系统具有优化和自适应能力,而且能很好的抑制测量和扰动噪声,系统鲁棒性较强,但EKF算法复杂,计算量大,滤波器模型涉及因素多,缺少相应的设计和整定标准,很难确定实际系统的噪声级别和算法中的卡尔曼增益。在W.Wu,V.S.Ramsden,T.Crawford,et al..A Low-Speed,High-Torque,Direct-DrivePermanent Magnet Generator For Wind Thrbines.IEEE Industry ApplicationsConfererce,Vol.1,2000:147-154;和P.L.Jansen,M.Corley,and R.D.Lorenz,“Flux,position,and velocity estimation in AC machines at zerospeed via tracking of high frequency saliencies,”in Proc.EPE’95,1995,pp.154-160,在以上两篇文献中所记载的两种方法,采用高频信号注入法,通过注入高频电流信号或者高频电压信号测量PMSM电感的变化,进而估计出凸极位置。这种方法对参数变化不敏感,具有较强的稳定性,但在MW级系统中,由于驱动变流器的开关频率较低(一般为1~3kHz),而此时若采用高频注入法,其注入的高频信号频率也相应降低,甚至与系统的控制频带相重叠,另外,注入高频信号所产生的转矩脉动对PMSM的传动轴会造成损害,显然,高频注入法在MW级永磁同步直驱机组中也不适用。在Fatu Marius,Lascu Cristian,AndreescuGheorghe-Danielet,et al,“Voltage Sags Ride-Through of MotionSensorless Controlled PMSM for Wind Turbines,”PESC’07.33rd IEEE,23-27June 2007,Vol.2,pp.815-820中根据PMSM稳态时的数学模型,采用锁相环PL原理,构建位置观测控制器,系统算法简单,易于实现,但算法依赖电机交轴电感Lq,而Lq在线测试比较困难且其随着PMSM发电功率的改变而变化,变化具有随机性,从而会降低位置观测的准确性。
发明内容
针对MW级永磁同步直驱机组中PMSM低速、大惯量以及运行环境较恶劣等特点,本发明提出了一种基于PMSM转子磁链ψf摄动寻优的无速度传感器控制技术,所提控制技术,对PMSM参数的变化有较好的鲁棒性,并且实现简单,可靠性好,具有极大的工程应用价值。
本发明是通过以下技术方案实现的:
兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法,所述的步骤(1)为当风速达到最低的切入风速点时,MW级永磁同步直驱风电机组的风机控制器发出开机命令,PMSG变流驱动系统接收命令后开始自检并检测PMSG的定子三相电压,在根据锁相环模型快速定向PMSG定子电压Us并检测出Us矢量的幅值us、角度和电角速度ωs后,PMSG变流驱动变流器采用空载运行无速度传感器矢量控制系统,空载启动运行时,矢量控制坐标按Us定向等同于按转子磁场定向。
兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法,所述的步骤(2)为PMSG发电运行时,其转子感应电动势E0与定子电压Us之间相差功率角δ,并且0≤δ≤90°,PMSG采用最大转矩电流比矢量控制方案中,根据PMSG的动态数学模型:
Te=1.5p[ψfiq+(Lq-Ld)idiq] (2)
在忽略动态过程时下可简化为:
ud=-Rsid+ωsLqiq; (3)
uq=-Rsiq-ωsLdid+ωsψf (4)
兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法,所述的步骤(3)当ωf随环境的改变而发生波动时,使得式(2)、(4)变为:
Te≈1.5p[(ψf+Δψf)iqcosΔδ+(Lq-Ld)idiq] (5)
-Rsiq-ωsLdid+ωs(ωf+Δψf)=Uq (6)
式(5)、(6)中,Δψf为磁链波动值,Δδ为矢量控制坐标系q轴与转子感应电动势E0的夹角且-pi/2≤Δδ≤pi/2,由于Δψf惯性很大,在调节开关周期调节过程中,可认为近似不变,由式(5)可得:Δδ与Te成分段线性化关系当-pi/2≤Δδ≤0时,Δδ与Te成正比;当0≤Δδ≤pi/2时,Δδ与Te成反比,稳态状况时,可调节Δδ=0,使转矩电流比(Te/is)最大,从而获取PMSG最大的发电功率;Δδ的调节通过对调节器输入量ψf值进行定周期Ts摄动修正,可实时修正δ值,当实现最大功率输出点时,Δδ=0,即实现矢量控制坐标的准确定向;PMSG发电运行的基于最大转矩电路比无速度传感器矢量控制方法中转矩到电流的转化关系为:
式(7)、(8)中: Teb=pψfib;由PMSG的Lq、Ld、和ψf值,式(7)、(8)中的转矩到电流关系实时求出;当摄动寻优过程结束后,对ψf进行在线修正,并代入式(7)、(8)中,修正转矩到有功、无功电流的给定关系,克服ψf波动对转矩的影响。
本发明与现有技术的区别点:
现有PMSM无速度传感器控制方法研究的思路是通过各种控制算法直接测算PMSM转子的位置信息,以实现矢量控制的坐标定向。在这些方法中,坐标定向的准确性完全依赖于对电机转子位置的测算。
本专利针对这一控制思路上存在的局限性,结合MW级PMSM发电运行特点,摒弃现有PMSM无速度传感器转子位置检测算法之思路,采用基于磁链ψf摄动寻优的闭环控制方法,准确定向矢量控制坐标系。
本发明的依据:
基于本专利达到的目的,根据PMSM矢量控制系统中的一些运行特点,本专利发明依据如下:
(1)当基于最大转矩电流比(Te/is)矢量控制的PMSM发电运行时,若在相同的转速和转矩输入条件下,坐标定向准确时,PMSM的输出功率最大;
(2)当基于最大转矩电流比矢量控制的PMSM空载运行时,矢量控制的坐标是按定子电压Us定向;
(3)当基于最大转矩电流比矢量控制的PMSM发电运行时,在PMSM的交直轴电感Lq、Ld、定子相电阻Rs和电角速度ωs参数确定的情况下,矢量控制坐标定向的角度可由转子磁链ωf和定子电压Us构成的闭环调节器来确定;
(4)基于最大转矩电流比矢量控制坐标准确定向时,坐标角度可由定子电压Us和功率角δ确定;
(5)PMSM功率角δ与发电功率呈单调性;
本专利的效果
本发明研究对象是MW级永磁同步直驱风电机组中的PMSM,所提控制技术方法对PMSM参数波动鲁棒性强,工程实现简单,能实时保持PMSM最大发电功率输出,能解决一系列诸如PMSM电机参数波动、电机动、静态运行时定向不准和系统易失步的问题,将对MW级直驱型风电机组有重要的应用价值。
具体实施方式
兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法,包括以下步骤实现:
(1)为当风速达到最低的切入风速点时,MW级永磁同步直驱风电机组的风机控制器发出开机命令,PMSG变流驱动系统接收命令后开始自检并检测PMSG的定子三相电压,在根据锁相环模型快速定向PMSG定子电压Us并检测出Us矢量的幅值us、角度和电角速度ωs后,PMSG变流驱动变流器采用空载运行无速度传感器矢量控制系统,空载启动运行时,矢量控制坐标按Us定向等同于按转子磁场定向。
(2)为PMSG发电运行时,其转子感应电动势E0与定子电压Us之间相差功率角δ,并且0≤δ≤90°,PMSG采用最大转矩电流比矢量控制方案中,根据PMSG的动态数学模型:
Te=1.5p[ψfiq+(Lq-Ld)idiq] (2)
在忽略动态过程时下可简化为:
Ud=-Rsid+ωsLqiq; (3)
uq=-Rsiq-ωsLdid+ωsψf (4)
(3)当ψf随环境的改变而发生波动时,使得式(2)、(4)变为:
Te≈1.5p[(ψf+Δψf)iqcosΔδ+(Lq-Ld)idiq] (5)
-Rsiq-ωsLdid+ωs(ψf+Δψf)=Uq (6)
式(5)、(6)中,Δψf为磁链波动值,Δδ为矢量控制坐标系q轴与转子感应电动势E0的夹角且-pi/2≤Δδ≤pi/2,由于Δψf惯性很大,在调节开关周期调节过程中,可认为近似不变,由式(5)可得:Δδ与Te成分段线性化关系当-pi/2≤Δδ≤0时,Δδ与Te成正比;当0≤Δδ≤pi/2时,Δδ与Te成反比,稳态状况时,可调节Δδ=0,使转矩电流比(Te/is)最大,从而获取PMSG最大的发电功率;Δδ的调节通过对调节器输入量ψf值进行定周期Ts摄动修正,可实时修正δ值,当实现最大功率输出点时,Δδ=0,即实现矢量控制坐标的准确定向;PMSG发电运行的基于最大转矩电路比无速度传感器矢量控制方法中转矩到电流的转化关系为:
式(7)、(8)中: Teb=pψfib;由PMSG的Lq、Ld、和ψf值,式(7)、(8)中的转矩到电流关系实时求出;当摄动寻优过程结束后,对ψf进行在线修正,并代入式(7)、(8)中,修正转矩到有功、无功电流的给定关系,克服ψf波动对转矩的影响。
Claims (4)
4、根据权利要求1所述的兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法,其特征在于所述的步骤(3),当ψf随环境的改变而发生波动时,使得式(2)、(4)变为:
Te≈1.5p[(ψf+Δψf)iqcosΔδ+(Lq-Ld)idiq] (5)
-Rsiq-ωsLdid+ωs(ψf+Δψf)=Uq (6)
式(5)、(6)中,Δψf为磁链波动值,Δδ为矢量控制坐标系q轴与转子感应电动势E0的夹角且-pi/2≤Δδ≤pi/2,由于Δψf惯性很大,在调节开关周期调节过程中,可认为近似不变,由式(5)可得:Δδ与Te成分段线性化关系当-pi/2≤Δδ≤0时,Δδ与Tc成正比;当0≤Δδ≤pi/2时,Δδ与Te成反比,稳态状况时,可调节Δδ=0,使转矩电流比(Te/is)最大,从而获取PMSG最大的发电功率;Δδ的调节通过对调节器输入量ψf值进行定周期Ts摄动修正,可实时修正δ值,当实现最大功率输出点时,Δδ=0,即实现矢量控制坐标的准确定向;PMSG发电运行的基于最大转矩电路比无速度传感器矢量控制方法中转矩到电流的转化关系为:
式(7)、(8)中: Teb=pψfib;由PMSG的Lq、Ld、和ψf值,式(7)、(8)中的转矩到电流关系实时求出;当摄动寻优过程结束后,对ψf进行在线修正,并代入式(7)、(8)中,修正转矩到有功、无功电流的给定关系,克服ψf波动对转矩的影响。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2008100251697A CN101282102A (zh) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | 兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2008100251697A CN101282102A (zh) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | 兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101282102A true CN101282102A (zh) | 2008-10-08 |
Family
ID=40014432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNA2008100251697A Pending CN101282102A (zh) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | 兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101282102A (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102170262A (zh) * | 2011-05-04 | 2011-08-31 | 燕山大学 | 一种直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法 |
CN102223133A (zh) * | 2011-06-02 | 2011-10-19 | 西北工业大学 | 一种凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法 |
CN102342016A (zh) * | 2009-03-04 | 2012-02-01 | 罗伯特·博世有限公司 | 基于电流信号和电压信号无角度传感器地对永磁同步电机的转子轴进行位置检测的方法和设备 |
CN102651630A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-29 | 浙江天煌科技实业有限公司 | 一种双馈交流励磁发电机定子磁链测量方法 |
CN108599646A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-09-28 | 曾喆昭 | 直驱型pmsm风电系统mppt的准pi扰动感知控制方法 |
CN110915126A (zh) * | 2017-07-19 | 2020-03-24 | 株式会社捷太格特 | 马达控制装置 |
-
2008
- 2008-04-29 CN CNA2008100251697A patent/CN101282102A/zh active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102342016A (zh) * | 2009-03-04 | 2012-02-01 | 罗伯特·博世有限公司 | 基于电流信号和电压信号无角度传感器地对永磁同步电机的转子轴进行位置检测的方法和设备 |
CN102170262A (zh) * | 2011-05-04 | 2011-08-31 | 燕山大学 | 一种直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法 |
CN102170262B (zh) * | 2011-05-04 | 2013-06-05 | 燕山大学 | 一种直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法 |
CN102223133A (zh) * | 2011-06-02 | 2011-10-19 | 西北工业大学 | 一种凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法 |
CN102223133B (zh) * | 2011-06-02 | 2013-05-08 | 西北工业大学 | 一种凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法 |
CN102651630A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-29 | 浙江天煌科技实业有限公司 | 一种双馈交流励磁发电机定子磁链测量方法 |
CN102651630B (zh) * | 2012-04-25 | 2015-07-15 | 浙江天煌科技实业有限公司 | 一种双馈交流励磁发电机定子磁链测量方法 |
CN110915126A (zh) * | 2017-07-19 | 2020-03-24 | 株式会社捷太格特 | 马达控制装置 |
CN110915126B (zh) * | 2017-07-19 | 2023-10-20 | 株式会社捷太格特 | 马达控制装置 |
CN108599646A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-09-28 | 曾喆昭 | 直驱型pmsm风电系统mppt的准pi扰动感知控制方法 |
CN108599646B (zh) * | 2018-04-27 | 2021-05-11 | 长沙理工大学 | 直驱型pmsm风电系统mppt的准pi扰动感知控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Qiao et al. | Wind speed and rotor position sensorless control for direct-drive PMG wind turbines | |
CN102931906B (zh) | 异步电机转子磁链观测与转速辨识的方法 | |
CN102291079A (zh) | 直驱永磁同步风电系统无速度传感器控制算法 | |
CN107911057A (zh) | 一种用于飞轮储能系统的转子位置鲁棒观测方法 | |
Uddin et al. | Maximum power point tracking control of IPMSG incorporating loss minimization and speed sensorless schemes for wind energy system | |
CN102299679A (zh) | 确定异步电机再启动时转速的方法 | |
CN101282102A (zh) | 兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法 | |
CN102208894A (zh) | 用于无速度传感器感应电机矢量控制的转速估算方法 | |
CN103199787A (zh) | 基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置 | |
CN110345013B (zh) | 基于神经网络模型预测控制的磁悬浮垂直轴风电机组控制方法 | |
CN102427322A (zh) | 电梯无齿轮曳引机转子初始位置检测方法 | |
CN104009697A (zh) | 变电站巡视机器人采用混合观测装置检测位置信息的方法 | |
CN202068373U (zh) | 带参数在线辨识的无速度传感器永磁同步电机矢量控制装置 | |
CN103986381A (zh) | 海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法 | |
CN112436558B (zh) | 双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统 | |
CN103051280A (zh) | 低速直驱型永磁同步发电机转速与转子位置估算方法 | |
Wu et al. | Backstepping terminal sliding mode control of DFIG for maximal wind energy captured | |
Wang et al. | Control of pmsg-based wind turbine with virtual inertia | |
CN116365937A (zh) | 一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法 | |
CN103986399A (zh) | 一种微网构建中的海浪发电系统位置检测方法 | |
Qinghua et al. | A novel position detection method of sensorless brushless DC motor based on sliding mode observer | |
CN103701388B (zh) | 一种用于永磁直驱风电系统速度辨识策略的选择方法 | |
Mohammed et al. | A novel sensorless control strategy of doubly-fed induction machines | |
CN105634367A (zh) | 一种基于mras的高压异步电机控制方法 | |
Brock et al. | Reducing Energy Losses for Fan Applications with V/f control of PMSMs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |