永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)無機(jī)械傳感器最大功率跟蹤方法研究.pdf

1、目前直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電以其高效率、高可靠性以及無電網(wǎng)直接耦合等優(yōu)點(diǎn)正成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的新熱點(diǎn)。本文試圖找到一種在不借助任何機(jī)械傳感器的情況下，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)最大功率跟蹤的控制目的。無傳感器控制技術(shù)可以降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的可靠性，是一直以來電機(jī)控制研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。這里機(jī)械傳感器主要是指以下兩種傳感器，其一為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器，在高性能永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，需要以轉(zhuǎn)子位置作為定向依據(jù)；其二是風(fēng)速傳感器，最大功率跟蹤的一種常見

2、方法就是根據(jù)風(fēng)速情況調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，雖然風(fēng)速傳感器的使用簡(jiǎn)化了風(fēng)力機(jī)最大功率跟蹤控制的方法，但仍存在諸多缺點(diǎn)。永磁同步電機(jī)無傳感器控制和無風(fēng)速儀的最大功率跟蹤控制已在國(guó)內(nèi)外諸多文獻(xiàn)中有所涉及，然而將兩方面結(jié)合起來，在風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速均未知的情況下實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤則存在較大難度。
　　 最大功率跟蹤方法(MPPT)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于太陽能發(fā)電、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，對(duì)于提高新能源利用效率，起到重要作用。本文結(jié)合Matlab風(fēng)力機(jī)模

3、塊的數(shù)學(xué)模型，介紹了最大功率跟蹤原理與兩種常見的無風(fēng)速傳感器控制方法，并重點(diǎn)分析了一種基于最佳轉(zhuǎn)矩控制的MPPT新方法。另外在介紹了永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，介紹其矢量控制方法。介紹了三相電壓型可控整流器的SVPWM控制方法，并建模仿真。與此同時(shí)，本文將粒子群優(yōu)化算法(PSO)運(yùn)用于PID參數(shù)優(yōu)化，并對(duì)其優(yōu)化效果與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。
　　 本文以永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與位置估計(jì)方法為研究重點(diǎn)，對(duì)兩種觀測(cè)器(滑模觀測(cè)器和卡

4、爾曼觀測(cè)器)進(jìn)行改進(jìn)并做了仿真試驗(yàn)。
　　 傳統(tǒng)的滑模觀測(cè)器是以電流作為狀態(tài)變量，建立狀態(tài)方程，通過對(duì)永磁同步電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行觀測(cè)，從而得到其轉(zhuǎn)子位置電角度信息?；？刂坪瘮?shù)輸出是一個(gè)符號(hào)函數(shù)，在仿真或數(shù)字實(shí)現(xiàn)中具有強(qiáng)烈的抖振現(xiàn)象，該輸出值無法直接使用。必須通過低通濾波器濾除高頻部分，但低通濾波器必然會(huì)造成觀測(cè)幅值減小與相位滯后。
　　 本文在介紹表面貼裝式永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型與電壓方程的基礎(chǔ)上，提出一種轉(zhuǎn)子位置角動(dòng)態(tài)補(bǔ)

5、償方法。這種方法可以有效解決轉(zhuǎn)子位置角滯后問題，同時(shí)避免因求導(dǎo)運(yùn)算導(dǎo)致的速度估計(jì)的不穩(wěn)定性。該方法同樣以電流偏差為滑模面，并采用符號(hào)函數(shù)作為控制函數(shù)，利用李雅普諾夫定理證明了系統(tǒng)穩(wěn)定性，并據(jù)此得出了符號(hào)函數(shù)的增益值范圍。通過MATLAB對(duì)觀測(cè)器與電機(jī)及其控制環(huán)節(jié)進(jìn)行建模仿真，對(duì)比有無位置角補(bǔ)償下得到的轉(zhuǎn)速與位置結(jié)果。
　　 介紹了卡爾曼濾波器與擴(kuò)展卡爾曼濾波器的基本原理與卡爾曼濾波器離散化方法，并以此為基礎(chǔ)，將永磁同步電機(jī)的兩相