永磁直驱风力发电变流系统的直接转矩控制研究

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1、分类号密级永磁直驱风力发电变流系统的直接转矩控制研究研究生姓名：姜学想指导教师姓名、职称：秦斌教授学科专业：电气工程研究方向：复杂机电系统的信息集成和协调控制湖南工业大学二○一五年六月十五日摘要随着能源短缺问题层出不穷，风能作为地球表面上一种广泛分布的比较好的绿色能源，受到人们的青睐。而风力发电技术是有效利用风能的方式之一，对于大功率尤其是MW级风电系统控制策略的研究是解决如何快速有效的提高系统运行效率的重要途径。首先，本文介绍了基于直接转矩控制（DTC）的永磁直驱风力发电机组并对其进行详细分析研究。针对传统的DTC控制当中，通常要利用电压积分的方法对定子的磁链进行计算，然而由

2、于积分器存在误差积累和积分饱和等问题，导致对定子磁链的估算不精确,以至于磁链和转矩的脉动较大。另外，使用速度传感器不仅提高了成本而且又会对机组的可靠性产生影响。因此，本文采用扩展卡尔曼滤波（EKF）原理构建了定子磁链以及转速的观测器，加强了对磁链的观测精度，同时完成了对永磁同步发电机（PMSG）的无速度传感器DTC控制，在很大程度上解决了磁链估算不精确以及转矩脉动大的问题。其次，针对风力发电系统中通常需要使用硬件传感器测量风速,从而进行最大风能跟踪（MPPT）控制的问题。设计了一种基于无风速传感器的永磁直驱型风力发电系统DTC控制策略，直接根据PMSG的转速来估算最优转矩给定，

3、通过直接控制PMSG的转矩以及定子磁链幅值来完成机组的最大功率跟踪。RT-LAB是能够直接和MATLAB/Simulink相配合来共同完成对控制系统建模和半实物实时仿真的软件。在该软件上设计完成的控制算法能很好的应用到具体工程当中，既节省了研发时间又减轻了工作量。本文按照RT-LAB硬件实时仿真技术的软件开发流程，搭建了永磁直驱风力发电机组的DTC控制仿真模型。最后通过大量仿真实验证明了本文所采取的控制方案的正确性和有效性。关键词：永磁直驱风力发电变流系统，直接转矩控制，扩展卡尔曼滤波，无传感器控制，MPPT，RT-LABIABSRTACTWiththeenergyshorta

4、geproblemsemergeinanendlessstream,windpowerasakindofbettergreenenergyhasgetthefavourofpeople,whichisdistributedonthesurfaceoftheearthwidely.Windpowergenerationtechnologyisoneoftheeffectiveutilizationofwindenergymethod.Theresearchofcontrolstrategyisimportantwaystosolvehowtoimprovethesystem’sw

5、orkingefficientquicklyinthesystemofhighpowerlevelandespeciallyintheMWofwindpower.Firstofall,thisthesisintroducedthepermanentmagnetdirect-drivewindturbineswhichwasbasedonthedirecttorquecontrol(DTC)andcarriedonthedetailedanalysisandresearch.Inviewofthemethodofvoltageintegralwasusedtocalculatet

6、hestatorfluxlinkagetypicallyinthetraditionaldirecttorquecontrol.Whichhasthedisadvantagesoferroraccumulationandsaturationandleadtoinaccuratestatorfluxestimationandtorquerippleislarger.Becauseusingofthespeedsensorreducedthesystemreliabilityandincreasedthesystemcost,etc.Therefore,theEKFobserver

7、ofstatorfluxlinkageandspeedaredesignedbyusingtheprincipleofextendedkalmanfilter(EKF).whichimprovedtheprecisionoffluxobservationandrealizedthespeedsensorlessindirecttorquecontrolofpermanentmagnetsynchronousgenerator(PMSG)atthesametime.Theripplesonfl