基于改进型滑模观测器直驱永磁风电运行控制研究

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1、OperationControlofDirect—driveWindPowerBasedonImprovedSlidingModeObserverbyDENGChaoB．E．(HunanInstituteofEngineering)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineering1nElectricalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUANGSho

2、udaoApril，2013湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：翟卞廷日期：2。哆年s月≥7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据

3、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于作者签名：导师签名：1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“／”)日期：计√、＼r厂年年9哆O，汕≯起塑一彳孓炙惕基于改进型滑模观测器的直驱永磁风电运行控制研究摘要随着能源危机和环境恶化的日益加剧，发展可再生新能源已经成为世界各国的共识。其中，风能以清洁无污染、资源丰富、技术应用成熟以及市场前景广阔等优点在新能源中脱颖而出。风力发电是风能的最主要利用方式，目前己受到人们的广泛关注。直驱永磁同步风电机组以无需外部励磁、结构简单、转换效率高、维护成本低、利于电网安全稳定

4、运行等优点，成为了当前兆瓦级风电系统的主流机型。为实现永磁风力发电机的高性能控制，转子位置和转速信息是极其关键的，常用途径是通过安装机械传感器来获取所需信息，但机械传感器的引入将造成系统成本增加、发电机体积增大、易受外部环境干扰、系统可靠性降低等一系列不良影响。为此，研究无传感器控制理论在直驱永磁风电系统中的应用就显得尤为必要，这种方法结合矢量控制就被称为无传感器矢量控制技术。本文围绕这一工作展开研究，提出了一种基于滑模观测器的转子位置和转速的估算算法，并在传统滑模观测器上作了相应地改进，并通过仿真和模拟实验验证了主要理论研究成果的正确性和可行性。首先，对全球风电发展的背景及意义

5、进行了论述，对当前无速度传感器技术的研究现状进行了总结和阐述。从风能的特点出发，建立了风能的数学模型，接着根据风能最大捕获原理和风力机的机械特性，建立了风力机的仿真模型，仿真结果证明了该模型具有良好的运行特性。其次，根据双PWM直驱型永磁同步风电系统整体结构，利用空间矢量法建立了直驱型永磁同步风电机组的统一数学模型。机侧控制器采用零d轴电流转子磁场定向矢量控制，实现对PMSG的控制；网侧控制器采用的是基于电网电压定向矢量控制，实现有功功率和无功功率的解耦控制。分别建立机侧和网侧矢量控制仿真模型，仿真结果证明了所选控制策略的有效性。另外，有针对性地分析了滑模变结构控制理论，为滑模观

6、测器的设计提供了理论依据。然后根据PMSG在两相静止祁轴系下的数学模型，对基于滑模观测器的转子位置和转速估算方法进行了分析推导。针对传统滑模观测器中抖动问题突出、估测精度不高等现象，本文设计了一种改进型滑模观测器：利用饱和函数替换不连续的开关函数，以削弱无速度传感器中因滑模辨识的感应电势造成的高频抖动；另外，针对传统方法选用低通滤波器提取连续信号造成相位延迟的问题，本文构建出反电势观测器取代低通滤波器直接提取反电势信号，省略了相位补偿环节，改善了估测精度。最终根据所作的理论分析和公式推导，建立了基于改进型滑模观测器的直驱型永磁风电矢量控制系统，并在Matlab／Simulink环

7、境下进行II硕士学位论文了仿真分析，仿真结果证明了改进型滑模观测器具备良好的动、静态性能，估测精度高、鲁棒性强等特点，实现了直驱型永磁风力发电机组的高性能矢量控制。最后，根据上面做的理论基础工作，搭建了直驱型永磁同步风电无传感器矢量控制系统的模拟实验平台，对硬件和软件部分逐步进行设计与调试。利用他励直流电动机模拟风力机拖动PMSG运行，分别在空载、加载及低速实验条件下进行了实验分析，实验结果证明该估算算法在动、静态下都具有良好的估测性能。关键词：滑模观测器：无速度传感器；风力发电