無位置傳感器控制技術(shù)在直驅(qū)變流器中的應(yīng)用

摘要：直驅(qū)型風電機組具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、并網(wǎng)功率控制靈活等優(yōu)點，在風力發(fā)電領(lǐng)域具有非常廣闊的市場前景。電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角是直驅(qū)變流器控制策略中的重要參數(shù)。介紹了一種基于無位置傳感器控制技術(shù)的轉(zhuǎn)速和位置測量方法，該方法簡單、快速、動態(tài)響應(yīng)好。闡述了直驅(qū)型風電變流器的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略，以及無位置傳感器控制技術(shù)的測量原理和控制方法。通過Matlab／Simulink仿真和現(xiàn)場工程應(yīng)用，驗證了該控制技術(shù)的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：無位置傳感器；變流器；直驅(qū)；永磁同步電機

1 引言
直驅(qū)型風電機組具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可靠性高、并網(wǎng)功率控制靈活等優(yōu)點，在風力發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。為實現(xiàn)直驅(qū)型風電機組高性能的閉環(huán)矢量控制，需獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和實時位置。通常采用成本合理、性能良好的無位置傳感器控制技術(shù)，通過檢測電機的電流、電壓等可測物理量進行位置和速度估算。
無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、基于反電動勢或定子磁鏈估算、基于各種觀測器的估算方法。其中基于反電勢進行轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和位置估計的方法，具有簡單、快速和動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點。

2 直驅(qū)型風電機組控制概述
2．1 永磁同步電機數(shù)學模型
這里采用基于矢量控制的控制策略，因此PMSM數(shù)學模型需在d，q坐標系下建立。圖1示出PMSM數(shù)學模型及其在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(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制和基于定子磁場定向的直接轉(zhuǎn)矩控制兩類，針對不同控制目標，兩類控制策略的實現(xiàn)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(jù)此控制思路可得最新的轉(zhuǎn)矩方程：Te=1．5pψfisq，可見，采用這種控制思路，電機轉(zhuǎn)矩大小只與q軸電流、主磁鏈成正比，故可采用轉(zhuǎn)矩外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制策略，其中轉(zhuǎn)矩外環(huán)采用開環(huán)控制模式，控制流程見圖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(cè)解鎖瞬間電流的沖擊，在控制過程中較關(guān)鍵。