一種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，該方法為：建立系統(tǒng)的小信號(hào)線性化模型，分析FIA、EPLL、VPLL、SKO控制算法下系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)特性；通過(guò)時(shí)域仿真和硬件實(shí)驗(yàn)，從實(shí)際應(yīng)用的層面分析并驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果，揭示了FIA、EPLL、VPLL、SKO算法下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、算法復(fù)雜度、參數(shù)依賴性及對(duì)系統(tǒng)的影響；最終得出選擇用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的判別方法。本發(fā)明對(duì)選擇采用無(wú)速度傳感器辨識(shí)方法的風(fēng)電系統(tǒng)建立了評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，提高了永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的高性能水平，較好的解決了現(xiàn)有的技術(shù)缺乏針對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁鏈位置的辨識(shí)方法的動(dòng)穩(wěn)態(tài)特性、參數(shù)依賴性等性能的綜合對(duì)比判別方法的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】—種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電已成為最具吸引力的清潔能源發(fā)電形式之一，由于成本低、效率高等特點(diǎn)，變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，在變速風(fēng)電系統(tǒng)中，永磁直驅(qū)系統(tǒng)由于無(wú)齒輪箱、維護(hù)成本低且易于實(shí)現(xiàn)故障穿越而受到越來(lái)越多的關(guān)注與應(yīng)用，在永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的控制中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈位置信息至關(guān)重要，無(wú)論采用矢量控制還是直接轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息均為轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的關(guān)鍵反饋量；而在矢量控制中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、磁鏈位置更是坐標(biāo)變換的前提，采用速度傳感器可以獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息，但隨著機(jī)組容量的增加，轉(zhuǎn)子軸徑越來(lái)越大，許多廠家的發(fā)電機(jī)采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以減小電機(jī)尺寸，速度傳感器在這些場(chǎng)合難以安裝，因而當(dāng)前的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)越來(lái)越多地采用無(wú)速度傳感器控制策略。
[0003]目前已有大量文獻(xiàn)對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁鏈位置的辨識(shí)方法作了深入研究，并且其中部分方法已應(yīng)用于商業(yè)化風(fēng)電機(jī)組，常用的方法有以下幾種:第一，基于反電動(dòng)勢(shì)的方法，如磁鏈積分法(FIA)、反電動(dòng)勢(shì)鎖相環(huán)法(EPLL);第二，基于觀測(cè)器的方法，如擴(kuò)展卡爾曼濾波器(extend Kalman filter)、簡(jiǎn)化的卡爾曼觀測(cè)器(SKO);第三,基于模型參考自適應(yīng)的方法，如端電壓鎖相環(huán)(VPLL)，盡管已有大量文獻(xiàn)對(duì)上述方法的設(shè)計(jì)步驟和性能分別作了深入探討，但缺乏針對(duì)各種方法的動(dòng)穩(wěn)態(tài)特性、參數(shù)依賴性等性能的綜合對(duì)比判別方法(即選擇方法)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，旨在解決現(xiàn)有的技術(shù)缺乏針對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁鏈位置的辨識(shí)方法的動(dòng)穩(wěn)態(tài)特性、參數(shù)依賴性等性能的綜合對(duì)比判別方法的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，該用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，建立系統(tǒng)的小信號(hào)線性化模型，分析FIA、EPLL, VPLL, SKO控制算法下系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)特性，以比較不同算法穩(wěn)態(tài)特性的差異；
[0007]步驟二，通過(guò)時(shí)域仿真和硬件實(shí)驗(yàn)，從實(shí)際應(yīng)用的層面分析并驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果，揭示了 FIA、EPLL、VPLL、SK0算法下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、算法復(fù)雜度、參數(shù)依賴性及對(duì)系統(tǒng)的影響；
[0008]步驟三，最終得出選擇用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的判別方法。
[0009]進(jìn)一步，該用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法選定閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為相同的轉(zhuǎn)速、相同的負(fù)載，且參數(shù)均調(diào)整至使得辨識(shí)轉(zhuǎn)速響應(yīng)相同。
[0010]進(jìn)一步，在步驟一中，建立線性化小信號(hào)模型的方法為:發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制器及辨識(shí)模塊的數(shù)學(xué)模型，分別建立發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)方程如下式示:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，該用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法包括以下步驟: 步驟一，建立系統(tǒng)的小信號(hào)線性化模型，分析FIA、EPLL, VPLL, SKO控制算法下系統(tǒng)的小信號(hào)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)特性，以比較不同算法穩(wěn)態(tài)特性的差異； 步驟二，通過(guò)時(shí)域仿真和硬件實(shí)驗(yàn)，從實(shí)際應(yīng)用的層面分析并驗(yàn)證了分析的結(jié)果，揭示了 FIA、EPLL、VPLL、SKO算法下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、算法復(fù)雜度、參數(shù)依賴性及對(duì)系統(tǒng)的影響；步驟三，最終得出選擇用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的判別方法。
2.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，該用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法選定閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為相同的轉(zhuǎn)速、相同的負(fù)載，且參數(shù)均調(diào)整至使得辨識(shí)轉(zhuǎn)速響應(yīng)相同。
3.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于， 在步驟一中，建立線性化小信號(hào)模型的方法為:發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制器及辨識(shí)模塊的數(shù)學(xué)模型，分別建立發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)方程如下式示:

4.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，在步驟一中，F(xiàn)IA算法辨識(shí)策略的建立，純積分器中，PI調(diào)節(jié)器用于生成轉(zhuǎn)子磁鏈幅值的補(bǔ)償量，可寫作:
5.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，在步驟一中，EPLL法辨識(shí)策略的建立，PI調(diào)節(jié)器與反正切函數(shù)可抑制環(huán)外擾動(dòng)，如uab。、iabc，磁鏈位置誤差描述為:

6.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，在步驟一中，VPLL法辨識(shí)策略的建立，VPLL直接將發(fā)動(dòng)機(jī)端電壓變換至d-q坐標(biāo)系，為得到轉(zhuǎn)子磁鏈位置，需由端電壓矢量位置求得的定子磁鏈位置再進(jìn)行功率角的補(bǔ)償，d軸電壓指令參考值可以表述為:

7.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，在步驟一中，SKO法辨識(shí)策略的建立，SKO法包括一組降維的狀態(tài)變量與常量增益矩陣。
8.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，在步驟二中，通過(guò)MATLAB/Simulink時(shí)域仿真與硬件實(shí)驗(yàn)的方法為: 在時(shí)域仿真中，建立永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的Simulink模型，網(wǎng)側(cè)采用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制，辨識(shí)轉(zhuǎn)速與磁鏈位置的關(guān)系不一致，由于轉(zhuǎn)速與磁鏈位置的積分關(guān)系，即使辨識(shí)轉(zhuǎn)速有較大誤差波動(dòng)，但若轉(zhuǎn)速誤差曲線與誤差零軸所包圍的面積小，磁鏈位置誤差便會(huì)小; 硬件實(shí)驗(yàn)在15kW永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行，風(fēng)力機(jī)由帶變頻器調(diào)速的異步電機(jī)模擬，F(xiàn)IA、EPLL, VPLL, SKO四種方法分別作系統(tǒng)辨識(shí)部分后，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為67.7rpm,負(fù)載轉(zhuǎn)矩為97.8Nm, FIA法、EPLL法、VPLL法及SKO法四種辨識(shí)方法下發(fā)電機(jī)三相電流的頻譜分析，每種方法控制下，最大的諧波含量為偶次諧波，尤其是二次諧波； 辨識(shí)的磁鏈位置誤差越大，控制下的電流諧波THD越大，磁鏈位置誤差決定了系統(tǒng)的運(yùn)行特性，在矢量控制中，磁鏈位置信息被用作坐標(biāo)變換，獲得更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)使得電流諧波THD盡量小，即需減小辨識(shí)磁鏈位置的誤差。
9.如權(quán)利要求8所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，通過(guò)比較定子電感發(fā)生±25%變化時(shí)的運(yùn)行特性，對(duì)比參數(shù)依賴性，仿真結(jié)果得出由弱至強(qiáng)依次為 SKO、EPLL, VPLL, FIA0
10.如權(quán)利要求1所述的用于永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)速度辨識(shí)策略的選擇方法，其特征在于，在步驟三中，F(xiàn)IA法由于算法復(fù)雜性限制實(shí)際應(yīng)用，VPLL法的參數(shù)較難調(diào)試，控制效果差于FIA法、EPLL法，SKO法控制效果最差，EPLL法的有效性且易于實(shí)際數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)，適用于兆瓦級(jí)永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)無(wú)速度傳感器控制策略的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、磁鏈位置辨識(shí)策略。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103701388SQ201310544616
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】李隆基, 劉寶成, 項(xiàng)添春, 唐慶華, 郗曉光, 滿玉巖, 王浩鳴 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司