无速度传感器直驱永磁风力发电变流器控制的研究

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1、国内图书分类号：TM614学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文无速度传感器的直驱永磁风力发电变流器控制研究硕士研究生：刘彬导师：曲延滨教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM614U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCONVERTERCONTROLOFDIRECT-DRIVENPERMANENTMAGNE

2、TWINDGENERATIONSYSTEMWITHOUTSPEEDSENSORCandidate:LiuBinSupervisor:Prof.QuYanbinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ElectricalEngineeringSchoolofInformationandAffiliation：ElectricalEngineeringDateofDefense:July,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInsti

3、tuteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要由于不可再生能源的日益枯竭，可再生能源的利用和开发得到了全世界范围内的重视，目前发展较快的是风力发电技术。直驱永磁风力发电系统采用变速恒频风力发电技术，能够实现最大功率追踪，而且不需要齿轮箱，可靠性高，维护成本低，对电网影响小，低电压运行能力强，引起了广泛的关注。本文对直驱永磁风力发电系统的变流器控制策略和永磁同步发电机的无速度传感器控制方法进行了研究，主要研究内容如下：首先分析了直驱永磁风力发电系统的整体结构和主要组成部分，然后对系统各个主要部分进行了数学建模，分别建立了风

4、力机、传动轴、永磁同步发电机、PWM变流器的数学模型。对背靠背PWM变流器的控制策略进行了分析和研究，主要分为发电机侧PWM变流器控制和电网侧PWM变流器控制，利用永磁同步发电机在两相旋转坐标系下的数学模型，采用磁场定向的原理，分析了永磁同步发电机的矢量控制原理，采用叶尖速比法实现最大功率追踪，建立了转速外环、电流内环的双闭环控制策略，并对控制策略的有效性进行了仿真分析。利用PWM变流器的数学模型和电网电压矢量定向的原理，建立电网侧PWM变流器直流母线电压外环，电流内环的双闭环控制策略，并对控制策略的有效性进行了仿真分析。分析了滑模变结构控

5、制理论的基本原理，基本性质和设计过程，以发电机输出功率快速跟踪给定功率为控制目标，设计了滑模功率控制器，建立了发电机侧变流器功率外环，电流内环的双闭环控制策略，仿真结果表明输出功率能够快速跟踪最大功率，无静差，在风速变化时，发电机输出功率响应快，波动小。为了克服光电编码器的缺点和不足，研究了直驱永磁风力发电机的无传感器控制方法，采用滑模观测器来实现对转子转速和位置的估计，首先建立了传统滑模观测器方程，针对存在的抖振问题进行了分析，采用改进型饱和函数削弱了抖振强度。为了实现对高频抖振噪声更好的抑制，设计了随参考电角速度变化的开关增益自适应规律

6、，构建了扩展的滑模观测器方程，得到了反电势和电角速度的自适应规律。最后对直驱永磁风力发电系统的无传感器控制性能进行了仿真分析，仿真结果表明所设计的自适应滑模观测器可以实现转子转速和位置角的准确估计，而且对发电机定子参数变化具有较强的鲁棒性。关键词：永磁同步发电机；变流器控制；最大功率追踪；滑模变结构控制；无传感器控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththenon-renewableenergyresourceexhausting,theuseanddevelopmentofrenewableenergygetthe

7、worldwideattention,windpowertechniquedevelopsfasterthantheothersatpresent.Direct-drivenpermanentmagnetwindpowersystemisavscfwindpowersystem,itcanrealizethemaximumpowertrackingandworkwithoutgearbox,soitsmaintenancecostissmall,anditalsohassmalleffectsonpowergridsandstronglow

8、voltageoperationability,soithasgotgreatpublicattention.Inthispaper,thecontrolstrategyofco