CN114204865B - 永磁同步发电机电角速度的估计方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种永磁同步发电机电角速度的估计方法及设备。所述估计方法包括：对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量；基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量；将d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。

Description

永磁同步发电机电角速度的估计方法及设备
技术领域
本公开总体说来涉及发电机技术领域，更具体地讲，涉及一种永磁同步发电机电角速度的估计方法及设备。
背景技术
为了对永磁同步发电机进行矢量控制，必须要获得发电机的转速和转子位置角，才能完成矢量控制中的旋转坐标变换。而获得的发电机转速和转子位置角是否准确关系到发电机控制系统的稳定性。例如，在风力发电系统中，由于机舱环境和永磁发电机制造原因，无法安装编码器来测量发电机的转速和转子位置角，所以必须根据发电机的电气参数采用一定的算法来在线实时估算永磁同步发电机的电角速度，再基于估算的永磁同步发电机的电角速度估算发电机转速和转子位置角，因此，如何准确估计永磁同步发电机的电角速度就显得尤为重要。
发明内容
本公开的示例性实施例在于提供一种永磁同步发电机电角速度的估计方法及设备，其能够准确对永磁同步发电机的电角速度进行估计。
根据本公开的示例性实施例，提供一种永磁同步发电机电角速度的估计方法，所述估计方法包括：对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量；基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量；将d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。
可选地，所述估计方法还包括：基于本次估计的发电机电角速度得到本次估计的发电机转速；和/或，在上一次估计的发电机的转子位置角的基础上，叠加本次估计的发电机电角速度与电角速度估计周期的长度，得到本次估计的转子位置角。
可选地，所述特定倍频包括6倍频。
可选地，所述PI调节器的积分量的初始值通过下述方式确定：在开始使用所述PI调节器之前，预先完成预定次数的基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度，并将所述预定次数中最后一次估计的发电机电角速度作为所述PI调节器的积分量的初始值。
可选地，每次基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度的步骤包括：对该次发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ，将arctan(Uβ/Uα)作为该次估计的转子位置角，并将该次估计的转子位置角与上一次估计的转子位置角之间的差值除以电角速度估计周期的长度后的值作为该次估计的发电机电角速度。
可选地，滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量的步骤包括：通过陷波器滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量，其中，所述陷波器的中心频率始终跟随估计的发电机电角速度的变化而变化。
可选地，所述陷波器的传递函数如下：
Figure BDA0002686712750000021
其中，s为拉普拉斯算子、ωn为陷波器的中心频率、Q为陷波器的品质因数，ωn＝6*ωe，ωe为上一次估计的发电机电角速度。
可选地，对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量的步骤包括：对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电流分量和β轴上的电流分量；并基于上一次估计的转子位置角，对得到的α轴上的电流分量和β轴上的电流分量进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量的步骤包括：对发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量和β轴上的电压分量；并基于上一次估计的转子位置角，对得到的α轴上的电压分量和β轴上的电压分量进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量。
可选地，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量的步骤包括：通过下式确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量Esd：
Esd＝Ud-RsId+ωeLIq，
其中，Rs为发电机的定子绕组电阻，L为发电机的定子绕组电感，ωe为上一次估计的发电机电角速度、Id为d轴上的电流分量、Iq为q轴上的电流分量、Ud为d轴上的电压分量。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种永磁同步发电机电角速度的估计设备，所述估计设备包括：坐标变换单元，对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；并对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量；反电势分量确定单元，基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量；电角速度估计单元，将d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。
可选地，所述估计设备还包括：转速估计单元，基于本次估计的发电机电角速度得到本次估计的发电机转速；和/或，转子位置角估计单元，在上一次估计的发电机的转子位置角的基础上，叠加本次估计的发电机电角速度与电角速度估计周期的长度，得到本次估计的转子位置角。
可选地，所述特定倍频包括6倍频。
可选地，所述估计设备设置在风力发电机组的变流器的控制器中。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的永磁同步发电机电角速度的估计方法。
根据本公开的另一示例性实施例，提供一种风力发电机组的变流器的控制器，所述控制器包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的永磁同步发电机电角速度的估计方法。
根据本公开示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法及设备，能够避免发电机的反电势的谐波对发电机电角速度估计的影响而导致估计的发电机电角速度中存在波动信号，从而提高了估计永磁同步发电机电角速度的准确性，避免了由于估计的发电机电角速度不够准确而影响估算发电机转速和转子位置角，进而影响发电机的转矩控制。
将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法的流程图；
图2示出根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法的原理框图；
图3示出根据本公开的示例性实施例的估计的转子位置角超前实际转子位置角时的空间矢量图；
图4示出根据本公开的示例性实施例的估计的转子位置角滞后实际转子位置角时的空间矢量图；
图5示出根据本公开的示例性实施例的未滤除掉反电势d轴分量中的6倍频分量时估计的电角速度和转子位置角的估计效果图；
图6示出根据本公开的示例性实施例的滤除掉反电势d轴分量中的6倍频分量时估计的电角速度和转子位置角的估计效果图；
图7示出根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备的结构框图。
具体实施方式
现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。
图1示出根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法的流程图。应该理解，可周期性地执行根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法，该周期即电角速度估计周期，例如，电角速度估计周期可与发电机的控制周期为同一周期，即，可在每个控制周期估计一次发电机电角速度，此外，还可在每个控制周期基于估计的发电机电角速度估计一次发电机转速和/或转子位置角。
参照图1，在步骤S10，对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量。
应该理解，所述发电机即永磁同步发电机。作为示例，所述发电机可为直驱永磁同步发电机。
如图2所示，作为示例，可先对发电机输出的三相电流Ia、Ib和Ic进行CLARK变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电流分量Iα和β轴上的电流分量Iβ；然后再对得到的α轴上的电流分量Iα和β轴上的电流分量Iβ进行PARK变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量Id和q轴上的电流分量Iq。例如，可基于上一次估计的转子位置角θe，对得到的α轴上的电流分量Iα和β轴上的电流分量Iβ进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量Id和q轴上的电流分量Iq。关于如何估计发电机的转子位置角，下面将会给出示例性实施例。
在步骤S20，对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量。
如图2所示，作为示例，可对发电机输出的线电压Uab和Ubc进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ；然后再对得到的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ进行PARK变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量Ud。例如，可基于上一次估计的转子位置角θe，对得到的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量Ud。关于如何估计发电机的转子位置角，下面将会给出示例性实施例。
作为示例，可通过式(1)对发电机输出的线电压Uab和Ubc进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ，
Figure BDA0002686712750000051
在步骤S30，基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量。
作为示例，所述特定倍频可包括6倍频。
作为示例，可通过陷波器滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量。考虑到发电机的电角速度会随风速不断变化，所述陷波器的中心频率始终跟随估计的发电机电角速度的变化而变化，即，所述陷波器的中心频率始终跟随估计的发电机电角速度的变化而在线实时调整。
作为示例，所述陷波器的传递函数可如下：
Figure BDA0002686712750000061
其中，s为拉普拉斯算子、ωn为陷波器的中心频率、Q为陷波器的品质因数，ωn＝6*ωe，ωe为上一次(即，上一电角速度估计周期)估计的发电机电角速度，6*ωe即上一次估计的发电机电角速度的6倍频。
如图2所示，作为示例，可通过式(2)确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量Esd：
Esd＝Ud-RsId+ωeLIq (2)
其中，Rs为发电机的定子绕组电阻，L为发电机的定子绕组电感，ωe为上一次估计的发电机电角速度、Id为步骤S10得到的d轴上的电流分量、Iq为步骤S10得到的q轴上的电流分量、Ud为步骤S20得到的d轴上的电压分量。
在步骤S40，将发电机的d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。
作为示例，d轴上的反电势分量目标值可设置为0。
在一个实施例中，可将PI调节器的输出直接作为本次估计的发电机电角速度；在另一个实施例中，可对PI调节器的输出进行一定的处理后作为本次估计的发电机电角速度，作为示例，可将PI调节器的输出进行低通滤波后作为本次估计的发电机电角速度，例如，如图2所示，可将PI调节器的输出输入到低通滤波器LPF，并将该低通滤波器的输出作为本次估计的发电机电角速度ωe。
作为示例，可对滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量进行低通滤波，并将d轴上的反电势分量目标值与低通滤波后的滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器。如图2所示，例如，在步骤S30，可确定d轴上的反电势分量，并将d轴上的反电势分量输入到陷波器NOTCH，并将陷波器的输出输入到低通滤波器LPF，再将d轴上的反电势分量目标值
Figure BDA0002686712750000071
与该低通滤波器的输出Esdflt之间的差值输入到PI调节器。
本公开考虑到为了使电角速度估算稳定，PI调节器参数容易设计，可为PI调节器的积分量设置一个初始值Ui，作为示例，所述PI调节器的积分量的初始值可通过下述方式确定：在开始使用所述PI调节器之前，预先完成预定次数的基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度，并将所述预定次数中最后一次估计的发电机电角速度作为所述PI调节器的积分量的初始值。例如，所述预定次数可为1000次。
作为示例，针对所述预定次数之中每次基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度，可对该次发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ，将arctan(Uβ/Uα)作为该次估计的转子位置角，并将该次估计的转子位置角与其上一次估计的转子位置角之间的差值除以电角速度估计周期的长度后的值(也即，经过微分运算
Figure BDA0002686712750000072
后得到的值)作为该次估计的发电机电角速度。作为示例，可将该次估计的转子位置角与其上一次估计的转子位置角之间的差值除以电角速度估计周期的长度后的值进行低通滤波后作为该次估计的发电机电角速度，例如，可将该次估计的转子位置角与其上一次估计的转子位置角之间的差值除以电角速度估计周期的长度后的值输入到低通滤波器，并将该低通滤波器的输出作为该次估计的发电机电角速度。
此外，作为示例，根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法还可包括：在步骤S40之后，基于本次估计的发电机电角速度得到本次估计的发电机转速。作为示例，可将本次估计的发电机电角速度乘以一个预设系数后，作为本次估计的发电机转速。这里，所述预设系数可基于发电机的额定转速和/或极对数等确定。
此外，作为示例，根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法还可包括：在步骤S40之后，在上一次估计的发电机的转子位置角的基础上，叠加本次估计的发电机电角速度与电角速度估计周期的长度(也即，经过一个积分控制θe＝∫ωedt)，得到本次估计的转子位置角。在下一次执行根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计方法时，可基于本次估计的转子位置角对发电机输出的三相电流和线电压进行坐标变换。
图3示出根据本公开的示例性实施例的估计的转子位置角超前实际转子位置角时的空间矢量图。图4示出根据本公开的示例性实施例的估计的转子位置角滞后实际转子位置角时的空间矢量图。
本公开正是进行如下考量，提出了基于锁相环方法的永磁同步发电机电角速度的估计方法，如图3和图4所示，d′-q′为无速度传感器估计的旋转坐标系，d-q为实际的永磁体转子磁链定向的旋转坐标系，α-β为空间的两相静止坐标系。估计的旋转坐标系和实际的旋转坐标系分别以ωe和ωr的电角速度旋转，θe和θr分别代表估计的和实际的发电机转子位置角。本公开提出的锁相环方法的基本原理为：利用发电机输出的电压、电流等电气信息，提取出发电机机械转子位置角和电角速度信息，使得估计的d′-q′旋转坐标系能够与实际的d-q旋转坐标系重合并同步旋转，即满足θe＝θr和ωe＝ωr的关系式。
具体地，在初始阶段，发电机实际的转子位置角θr和估计的转子位置角θe之间存在一定的角度差Δθ＝θr-θe，此时可通过式(3)获得实际的发电机反电势Es在估计的d′-q′旋转坐标系的分量Esd和Esa：
Figure BDA0002686712750000081
当Δθ足够小时，sinΔθ≈Δθ，Δθ和Esd近似成正比例关系，而发电机反电势Es＝ωeψf，ψf表示永磁同步发电机的转子磁链，为一个固定值。所以可以认为Esd就包含了发电机转子位置角和电角速度信息，因此可将Esd作为一个参考给定量，来判断发电机电角速度和转子位置角的估计是否成功(即d′轴和d轴是否重合)。当估计的转子位置角超前于实际的转子位置角(即Δθ>0)，Esd>0，可使d′-q′旋转坐标系的旋转角速度ωe减小，使得d-q旋转坐标的旋转角速度ωr跟上ωe的旋转速度；当估计的转子位置角滞后于实际的转子位置角(即Δθ<0)，Esd<0，可使d′-q′旋转坐标系的旋转角速度ωe增加，使得ωe跟上d-q旋转坐标的旋转角速度ωr。
进一步地，本公开考虑到永磁同步发电机为了产生稳定的电磁转矩，需要发电机的反电势和输出电流都是正弦波。但由于永磁同步发电机机械结构的原因，发电机定子绕组和永磁体在空间的分布不可能是完全正弦的，反电势会产生5、7次谐波，从而发电机输出的电流会产生5、7次谐波，导致发电机产生6次转矩脉动，而转矩脉动会产生噪音和振动影响发电机的使用寿命。现有的永磁同步发电机的电角速度、转速、以及转子位置角的估计方法，都是把发电机的反电势作为理想的正弦波来对待，均没有考虑过发电机反电势谐波的影响，更没有考虑过反电势5、7次谐波的影响，5、7次谐波变换到估计的旋转坐标系下，就是和电角速度相关的6次谐波，这会导致估计的电角速度、转速、以及转子位置角信号中存在6次波动信号，进而影响到发电机的转矩控制。因此，本公开提出使用滤除掉6倍频分量的反电势d轴分量来估计发电机的电角速度，以减少发电机反电势中的5、7次谐波对发电机电角速度、转速、以及转子位置角估计的影响，减小永磁同步发电机的6倍频转矩脉动，提高风机整机系统的稳定性。
图5示出根据本公开的示例性实施例的未滤除掉反电势d轴分量中的6倍频分量时估计的电角速度和转子位置角的估计效果图。
即，图5是没有抑制发电机反电势5、7次谐波功能时估计的发电机电角速度和转子位置角的仿真波形。在图5中，波形1为永磁同步发电机实际的电角速度的波形，波形2为估计的电角速度的波形，波形3为永磁同步发电机实际的转子位置角的波形，波形4为估计的转子位置角的波形，波形5为发电机的转子位置角的估计误差。从图5的波形中可以看出，估计的发电机的电角速度存在和电角速度相关的6倍频波动，电角速度波动峰峰值大约为1.5rad/s左右；估计的转子位置角误差也存在6倍频的波动，转子位置角误差波动峰峰值大约为0.012rad。这些带有6倍频波动的发电机电角速度和转子位置角信号参与到永磁同步发电机的闭环控制中将会引起发电机输出6倍频的脉动转矩，严重情况下可以引起发电机的振动，减少发电机的使用寿命。
图6示出根据本公开的示例性实施例的滤除掉反电势d轴分量中的6倍频分量时估计的电角速度和转子位置角的估计效果图。
即，图6是本公开提出的具有抑制发电机反电势5、7次谐波功能时估计的发电机电角速度和转子位置角的仿真波形。在图6中，波形1为永磁同步发电机实际的电角速度的波形，波形2为估计的电角速度的波形，波形3为永磁同步发电机实际的转子位置角的波形，波形4为估计的转子位置角的波形，波形5为发电机的转子位置角的估计误差。从图6的波形中可以看出，估计的发电机电角速度中不存在和电角速度相关的6倍频分量，电角速度波动较小，电角速度波动峰峰值大约为0.05rad/s左右；估计的转子位置角不存在6倍频波动，转子位置角误差波动峰峰值大约为0.006rad。因此，用本公开估计的发电机电角速度和转子位置角参与永磁同步发电机的闭环控制，将不会产生由永磁同步发电机5、7次反电势引起的6倍频的脉动转矩，因此不会产生由6倍频转矩引起的发电机振动，能够提高发电机的使用寿命。
图7示出根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备的结构框图。
如图7所示，根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备包括：坐标变换单元10、反电势分量确定单元20、以及电角速度估计单元30。
具体说来，坐标变换单元10用于对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；并对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量。
反电势分量确定单元20用于基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量。
电角速度估计单元30用于将d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。
作为示例，根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备还可包括：转速估计单元(未示出)和/或转子位置角估计单元(未示出)。
具体说来，转速估计单元用于基于本次估计的发电机电角速度得到本次估计的发电机转速。
转子位置角估计单元用于在上一次估计的发电机的转子位置角的基础上，叠加本次估计的发电机电角速度与电角速度估计周期的长度，得到本次估计的转子位置角。
作为示例，所述特定倍频可包括6倍频。
作为示例，电角速度估计单元30可通过下述方式确定所述PI调节器的积分量的初始值：在开始使用所述PI调节器之前，预先完成预定次数的基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度，并将所述预定次数中最后一次估计的发电机电角速度作为所述PI调节器的积分量的初始值。
作为示例，电角速度估计单元30每次基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度的处理可包括：对该次发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ，将arctan(Uβ/Uα)作为该次估计的转子位置角，并将该次估计的转子位置角与上一次估计的转子位置角之间的差值除以电角速度估计周期的长度后的值作为该次估计的发电机电角速度。
作为示例，反电势分量确定单元20可通过陷波器滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量，其中，所述陷波器的中心频率始终跟随估计的发电机电角速度的变化而变化。
作为示例，所述陷波器的传递函数可如下：
Figure BDA0002686712750000111
其中，s为拉普拉斯算子、ωn为陷波器的中心频率、Q为陷波器的品质因数，ωn＝6*ωe，ωe为上一次估计的发电机电角速度。
作为示例，电角速度估计单元30可将PI调节器的输出进行低通滤波后作为本次估计的发电机电角速度。
作为示例，电角速度估计单元30可对滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量进行低通滤波，并将d轴上的反电势分量目标值与低通滤波后的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器。
作为示例，坐标变换单元10可对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电流分量和β轴上的电流分量；并基于上一次估计的转子位置角，对得到的α轴上的电流分量和β轴上的电流分量进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量。
作为示例，坐标变换单元10可对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量的步骤包括：对发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量和β轴上的电压分量；并基于上一次估计的转子位置角，对得到的α轴上的电压分量和β轴上的电压分量进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量。
作为示例，反电势分量确定单元20可通过式(2)确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量Esd。
作为示例，根据本公开的示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备可设置在风力发电机组的变流器的控制器中。
应该理解，根据本公开示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备所执行的具体处理已经参照图1至图6进行了详细描述，这里将不再赘述相关细节。
应该理解，根据本公开示例性实施例的永磁同步发电机电角速度的估计设备中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。
本公开的示例性实施例提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时实现如上述示例性实施例所述的永磁同步发电机电角速度的估计方法。该计算机可读存储介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本公开的示例性实施例的风力发电机组的变流器的控制器包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述示例性实施例所述的永磁同步发电机电角速度的估计方法。
虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (15)

1.一种永磁同步发电机电角速度的估计方法，其特征在于，所述估计方法包括：
对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；
对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量；
基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量；
将d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。
2.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，所述估计方法还包括：
基于本次估计的发电机电角速度得到本次估计的发电机转速；
和/或，在上一次估计的发电机的转子位置角的基础上，叠加本次估计的发电机电角速度与电角速度估计周期的长度，得到本次估计的转子位置角。
3.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，所述特定倍频包括6倍频。
4.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，所述PI调节器的积分量的初始值通过下述方式确定：
在开始使用所述PI调节器之前，预先完成预定次数的基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度，并将所述预定次数中最后一次估计的发电机电角速度作为所述PI调节器的积分量的初始值。
5.根据权利要求4所述的估计方法，其特征在于，每次基于发电机输出的线电压开环估计发电机电角速度的步骤包括：
对该次发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量Uα和β轴上的电压分量Uβ，将arctan(Uβ/Uα)作为该次估计的转子位置角，并将该次估计的转子位置角与上一次估计的转子位置角之间的差值除以电角速度估计周期的长度后的值作为该次估计的发电机电角速度。
6.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量的步骤包括：
通过陷波器滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量，
其中，所述陷波器的中心频率始终跟随估计的发电机电角速度的变化而变化。
7.根据权利要求6所述的估计方法，其特征在于，所述陷波器的传递函数如下：
Figure FDA0002686712740000021
其中，s为拉普拉斯算子、ωn为陷波器的中心频率、Q为陷波器的品质因数，ωn＝6*ωe，ωe为上一次估计的发电机电角速度。
8.根据权利要求2所述的估计方法，其特征在于，
对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量的步骤包括：对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电流分量和β轴上的电流分量；并基于上一次估计的转子位置角，对得到的α轴上的电流分量和β轴上的电流分量进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；
对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量的步骤包括：对发电机输出的线电压进行变换，得到两相静止坐标系下的α轴上的电压分量和β轴上的电压分量；并基于上一次估计的转子位置角，对得到的α轴上的电压分量和β轴上的电压分量进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量。
9.根据权利要求1所述的估计方法，其特征在于，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量的步骤包括：
通过下式确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量Esd：
Esd＝Ud-RsId+ωeLIq，
其中，Rs为发电机的定子绕组电阻，L为发电机的定子绕组电感，ωe为上一次估计的发电机电角速度、Id为d轴上的电流分量、Iq为q轴上的电流分量、Ud为d轴上的电压分量。
10.一种永磁同步发电机电角速度的估计设备，其特征在于，所述估计设备包括：
坐标变换单元，对发电机输出的三相电流进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电流分量和q轴上的电流分量；并对发电机输出的线电压进行变换，得到两相旋转坐标系下的d轴上的电压分量；
反电势分量确定单元，基于d轴上的电流分量、q轴上的电流分量、以及d轴上的电压分量，确定发电机的反电势在两相旋转坐标系下的d轴上的反电势分量，并滤除掉d轴上的反电势分量中的特定倍频分量；
电角速度估计单元，将d轴上的反电势分量目标值与滤除掉特定倍频分量的d轴上的反电势分量之间的差值输入到PI调节器，并将PI调节器的输出作为本次估计的发电机电角速度。
11.根据权利要求10所述的估计设备，其特征在于，所述估计设备还包括：
转速估计单元，基于本次估计的发电机电角速度得到本次估计的发电机转速；
和/或，转子位置角估计单元，在上一次估计的发电机的转子位置角的基础上，叠加本次估计的发电机电角速度与电角速度估计周期的长度，得到本次估计的转子位置角。
12.根据权利要求10所述的估计设备，其特征在于，所述特定倍频包括6倍频。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的估计设备，其特征在于，所述估计设备设置在风力发电机组的变流器的控制器中。
14.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9中的任意一项所述的永磁同步发电机电角速度的估计方法。
15.一种风力发电机组的变流器的控制器，其特征在于，所述控制器包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至9中的任意一项所述的永磁同步发电机电角速度的估计方法。
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