本发明专利技术是一种应用检测电流和电压来估计风力发电机定子电阻和速度实时值的控制算法，并应用算法估计的速度作为速度反馈以控制永磁同步风力发电机。该速度值通过以下的方式估计：根据检测得到的电机定子电压电流值，基于模型参考自适应系统(MRAS)在线辨识出风力发电机定子电阻值，基于反电动势得到转子估计电角度和实际电角度误差计算公式，通过消除此误差估算出风机转速。电角度误差计算公式中电流电压值根据检测得到，发电机运行时变化的定子电阻值根据MRAS辨识得到，定子电流微分项则采用了跟踪微分器(TD)实现，从而更加精确和快速地估算出转速。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种直驱永磁同步风电系统的无速度传感器控制算法，采用定子阻值辨识的方法提高无速度传感器控制算法速度估计精度和矢量控制性能，属于风力发电控制设备的
技术介绍
在直驱永磁同步风电系统中，永磁同步发电机(PMSG)的矢量控制需要转子的速度和位置信息，最常用的方法是在转子轴上安装传感器，但传感器的安装降低了系统可靠性和增加成本的同时，也给系统的维护带来了问题。而且一般的传感器对温度、湿度、电磁环境也都有要求，风力机通常设置在环境恶劣的野外，使得一般的传感器工作不可靠。而较大功率的直驱风电系统中PMSG转子机械角速度很低，传统的传感器很难精确地定位电角度，从而难以达到优良的控制性能。但PMSG极对数较多，在转子低速运行时电机电角速度不会很低，因而定子电压也不会很低，机械转速较低时电角速度辨识受到的影响较小；而且在系统运行中不要求在零速状态下速度辨识。因此，为了提风电机组运行的可靠性，降低系统的维护成本，在直驱风电系统中一般均省去编码器等速度传感器，采用无速度传感器控制技术。 目前永磁同步电机无速度传感器控制技术主要可以分为以下3类一类是基于电机理想模型的开环计算方法，采用的是基于电机数学模型的开环算法，如直接计算法、基于电感变化的估算法以及反电动势积分法等。这类方法计算过程简单，在电机参数正确的前提下能够得到较为准确的转子位置估算结果。但由于它需要准确地测量电流电压值，并且对电机参数有很强的依赖性，加上它是一种开环计算的方法，无法保证电机在受到噪声干扰或当参数变化时仍能得到正确的结果；另一类是基于各种观测器模型的闭环算法，国内外学者研究了基于各种观测器的闭环算法，当前应用较为广泛的有扩展卡尔曼滤波器、滑模观测器、 模型参考自适应算法以及其它自适应算法等，永磁同步电机无速度传感器控制在速度观测精度和系统的稳定性上都有了很大的提高。所有这些适用于中高速运行的无传感器控制技术都是直接或间接地基于从反电势中提取位置信号，通过电机的电压方程计算出所感应的电动势来进行转子位置的估计。由于反电势幅值与电角速度成正比，当电角转速很低甚至到零速时反电动势的信噪比小，加之其它干扰因素，这类算法不能精确地估算转子速度和位置，但较大功率的直驱风力发电机极对数较多，即使在低速启动时电角速度也不低，且运行在一定转速范围内，转速辨识受到的影响较小，因此这种方法可以应用于直驱风电系统中；最后是以高频注入法为典型代表的基于电机理想特性的算法，为了解决低速下的速度观测问题，1993年，M. Corley和R. D. Lorenz提出了高频信号注入方法，通过注入高频电流信号或者高频电压信号测量电机电感参数的变化，估算出永磁同步电动机的低速和零速转子位置，该方法利用凸极机自身的凸极特性或者在高频信号下隐极机所表现出来的凸极特性来估算电机转子位置和转速，是当前永磁同步电机无机械传感器低速运行最有效的方法。从20世纪90年代末期至今，国内外已经有越来越多的人研究低速和零速永磁同步电动机的无传感器控制技术，并不断有新的方法出现。基于电机非理想特性的方法避免了直接计算电机反电动势，而是用特定频率的激励来获取转子位置信息，在电机低速甚至零速都取得了较好的结果。但是电机在运行过程中需要持续的激励，降低了逆变器的电压利用率，且风力发电机控制系统在低速和零速时并不启动。此外由于这类方法信号处理过程较为复杂，动态性能不是十分理想。且高频信号所产生的转矩脉动对PMSG的传动轴会造成损害，在直驱风电系统中不适用。
技术实现思路
针对电机定子电阻等参数变化造成转速辨识不精确的问题，本专利技术提供一种直驱永磁同步风电系统无速度传感器控制算法。MRAS定子电阻辨识得主要思想是将含有待估计定子电阻参数的方程作为可调模型，将不含未知参数的方程作为参考模型，两个模型具有相同的物理意义的输出量。两个模型同时工作，并利用其输出量的差值根据自适应率来实时调节可调模型的定子电阻参数，以达到定子电阻辨识值跟踪实际阻值的目的。自适应率需要满足系统稳定性原理，系统和速度的渐进收敛性由Popov超稳定性来保证。本专利技术利用了 PMSG模型参数以使控制效果和控制成本达到较理想的协调，采用基于MRAS的定子电阻参数辨识算法解决了电机定子电阻等参数变化造成转速辨识不精确的问题。利用辨识出的定子电阻参数基于反电动势得到转子估计电角度和实际电角度计算公式，公式中的定子电流微分项则采用了跟踪微分器(TD)实现。通过消除转子估计电角度和转子实际电角度误差估算出风力机转速，利用估计转速作为反馈对风力发电机实现闭环矢量控制。本专利技术技术方案可分为以下几个步骤实现(1)电流电压坐标变换，根据检测得到的风力发电机定子电流值和电压值以及所估计的电机电角度，以转子永磁磁势的轴线为旋转坐标的基准对定子电流和电压进行dq旋转坐标变换。(2)定子阻值辨识，利用旋转坐标变换后的电流电压值，基于MRAS将实时变化的电机定子电阻参数辨识出。(3)转速估计，用于接收坐标变换后的电流值和电压值、在线辨识的电机定子电阻参数，基于反电动势得到转子估计电角度和实际电角度计算公式，计算公式中电流电压值根据检测得到，定子电阻值根据MRAS辨识得到，定子电流微分项则采用了跟踪微分器(TD) 实现。通过消除转子估计电角度和转子实际电角度误差估算出风力机转速，利用估计转速作为反馈对风力发电机实现闭环矢量控制。本专利技术的优点转速辨识方法如果未对电机参数进行在线辨识，则会因为温度变化而出现转速和转子空间位置辨识不准确，从而影响PMSG的闭环调速性能。本专利技术提出了一种基于MRAS永磁同步电机定子电阻辨识方案，应用到大功率直驱永磁同步风电控制系统中，为提高效率，参考模型选电机本体，可调模型选电压模型，定子电阻值作为可调模型的可调参数，采用PI自适应率以达到定子电阻的准确估计。定子电阻在线辨识出后，基于电机数学模型计算出反电动势在dq旋转坐标下的两个分量，基于测量和估算的电机参数计算出估计电角度和实际电角度误差，通过PI控制律消除此误差提取出转子位置和转速信号。本专利技术采用基于MRAS的定子电阻参数辨识算法解决了电机定子电阻等参数变化造成转速辨识不精确的问题。从而在很大程度上减弱了对象参数变化对转速辨识的影响。提高了无速度传感器控制算法的稳定性和可靠性。附图说明6图1定子电阻辨识算法框2无速度传感器算法框图图中的1是永磁同步发电机、2是电流坐标变换器、3是电压坐标变换器、4是定子电流可调模型、5是自适应控制律、6是反电动势估算、7是误差角估算、8是PI控制器、9是低通滤波器、10是积分器。图中符号与变量说明UgM^Ui定子三相电压；定子三相电流； Mi dq坐标系上的定子电压; ’ dq坐标系上的定子电流; S€可调模型的定子dq电流估计值； R.可调模型的定子电阻估计值J估算转速； 转子估算误差； §估计转子位置。 具体实施例方式以隐极永磁同步电机来分析，在旋转坐标系下的定子电流数学模型为 (1)构造参数可调的估算定子电流数学模型为 (2)M^J dq坐标系上的定子电压 ,‘为dq坐标系上的定子电流；，^为可调模型的定子dq电流估计值为dq坐标系上的定子等效电感； 为定子电阻；为可调模型的定子电阻估计值； 为转子永磁体磁链； 为微分算子； 为转本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种直驱永磁同步风电系统无速度传感器控制算法，包括以下步骤：（１）电流电压坐标变换，根据检测得到的风力发电机定子电流值和电压值以及所估计的电机电角度，以转子永磁磁势的轴线为旋转坐标的基准对定子电流和电压进行ｄｑ旋转坐标变换。（２）定子阻值辨识，利用旋转坐标变换后的电流电压值，基于ＭＲＡＳ将实时变化的电机定子电阻参数辨识出。（３）转速估计，用于接收坐标变换后的电流值和电压值、在线辨识的电机定子电阻参数，基于反电动势得到转子估计电角度和实际电角度计算公式，计算公式中电流电压值根据检测得到，定子电阻值根据ＭＲＡＳ辨识得到，定子电流微分项则采用了跟踪微分器（ＴＤ）实现。通过消除转子估计电角度和转子实际电角度误差估算出风力机转速，利用估计转速作为反馈对风力发电机实现闭环矢量控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：章国宝，倪道宏，魏自聪，祖晖，黄永明，祝骅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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