基于无位置传感器的直驱风电机侧三电平变流器研究

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1、硕士学位论文MASTER'SDISSERTATION论文题目基于无位置传感器的直驱风电机侧三电平变流器研究作者姓名肖宏伟学科专业电力电子与电力传动指导教师张纯江教授2015年5月-I-中图分类号：TM464学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于无位置传感器的直驱风电机侧三电平变流器研究硕士研究生：肖宏伟导师：张纯江教授申请学位：工学硕士学科专业：电力电子与电力传动所在单位：电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-II-ADissertationinPowerElectronicsandPowerDri

2、vesRESEARCHONMACHINESIDETHREE-LEVELCONVERTEROFDIRECT-DRIVENWINDPOWERBASEDONSENSORLESSALGORITHMbyXiaoHongweiSupervisor:ProfessorZhangChunjiangYanshanUniversityMay,2015-III-燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于无位置传感器的直驱风电机侧三电平变流器研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分

3、外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于无位置传感器的直驱风电机侧三电平变流器研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保

4、存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-IV-摘要摘要永磁同步电机因其结构简单、高效、可靠的特点，在工业应用中越来越受到关注。直驱型永磁同步风力发电系统与双馈风力发电系统相比，在最大风能跟踪、并网控制、低电压穿越等方面有明显的优势。传统的直驱型风力发电系统通常利用两电平PWM变换器作为机侧控制器，但随着直驱型永磁同步发电系统朝着高电压、大容量的方向发展，三电平变换器便凸显出其优势。同时，对永磁同步风力发电机进行精确控制的矢

5、量控制技术需要精确掌握转子位置角，这通常需要安装位置传感器对转子位置进行检测。机械位置传感器的安装不仅增加了成本，而且因其容易受环境的影响降低了系统的可靠性。无位置传感器技术的应用可以解决此类问题，提高系统的可靠性。本文首先介绍了VIENNA三电平电路应用于直驱风力发电系统，建立了应用VIENNA电路的PMSG发电系统的统一数学模型和等效电路。介绍了PMSG的基于零d轴电流的矢量控制及调节器的参数设计方法，并分析和推导了VIENNA电路的中点电位平衡控制方程。其次，重点讨论了PMSG的无位置传感器算法，主要从磁链估计和反电动势估计两个角度进行分析。深

6、入研究了基于闭环定子磁链估计的无位置传感器技术，比较分析了使用PI和滑模控制器作为调节器的反电动势估计型无位置传感器算法。在总结分析各方法特点后，提出了应用SOGI的改进型滑模控制型无位置传感器算法，能改善转子位置角的估计偏差问题，具有较强的鲁棒性。最后，搭建了仿真模型和实验平台对理论分析进行验证。利用MATLAB/Simulink对上述三种无位置传感器算法及改进型算法进行仿真分析，验证了无位置传感器算法的准确性与可靠性。通过TMS320F2812数字信号处理器在10kW直驱永磁同步发电系统模拟平台上对系统进行控制，详细设计了直驱永磁风力发电系统机侧

7、变换器控制算法和无位置传感器算法的C语言程序，验证了算法的正确性和准确性。关键词：永磁同步发电机；无位置传感器；VIENNA；反电动势；转子磁链；滑模控制器-V-燕山大学工学硕士学位论文AbstractWiththeadvantagesofsimplicity,highefficiencyandreliability,permanentmagnetsynchronousgenerator(PMSG)wasincreasinglyappliedtotheindustry.Comparedtodoubly-fedwindenergysystem,dire

8、ct-drivewindenergysystemissuperiorinmaximumpowerpointt