亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于有限位置集鎖相環(huán)的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法

        2019-01-22 04:39:46邢作霞王鴻毅王海鑫李云路
        電機(jī)與控制學(xué)報(bào) 2019年11期
        關(guān)鍵詞:反電動(dòng)勢(shì)鎖相環(huán)

        邢作霞 王鴻毅 王海鑫 李云路

        摘?要:針對(duì)風(fēng)速突變時(shí),同步參考系鎖相環(huán)(SRFPLL)估計(jì)永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)轉(zhuǎn)子位置存在響應(yīng)速度慢及跟蹤精度低的問題,提出一種基于有限位置集鎖相環(huán)(FPSPLL)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法。將某一時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位置離散出多個(gè)位置信息,結(jié)合滑模觀測(cè)器和設(shè)計(jì)的反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)計(jì)算評(píng)估反電動(dòng)勢(shì)準(zhǔn)確提取實(shí)際轉(zhuǎn)子位置。該方法省略SRFPLL的PI整定過(guò)程,并增強(qiáng)了抗風(fēng)速突變的系統(tǒng)擾動(dòng)能力。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在風(fēng)速突變下能夠快速跟蹤轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息,轉(zhuǎn)速跟蹤整定時(shí)間減少42?ms,位置誤差在0.03?rad以下,具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能及更高的估計(jì)精度。

        關(guān)鍵詞:永磁同步發(fā)電機(jī);滑模觀測(cè)器;反電動(dòng)勢(shì);鎖相環(huán);轉(zhuǎn)子位置

        DOI:10.15938/j.emc.2019.11.002

        中圖分類號(hào):TM?341

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):1007-449X(2019)11-0010-08

        收稿日期:?2018-05-06

        基金項(xiàng)目:遼寧省自然科學(xué)基金(2019-ZD-0202);國(guó)家能源局示范項(xiàng)目(NY20150303)

        作者簡(jiǎn)介:邢作霞(1976—),女,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制;

        王鴻毅(1992—),男,碩士,研究方向?yàn)殡姍C(jī)及其控制;

        王海鑫(1989—),男,博士后,研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電技術(shù);

        李云路(1986—),男,博士后,研究方向?yàn)殡娏﹄娮釉O(shè)計(jì)。

        通信作者:王鴻毅

        Rotor?position?estimation?method?of?permanent?magnet?wind?generator?based?on?finite?position?setphase?locked?loop

        XING?Zuoxia1,2,?WANG?Hongyi1,?WANG?Haixin1,?LI?Yunlu1

        (1.School?of?Electrical?Engineering,?Shenyang?University?of?Technology,Shenyang?110870,China;

        2.Liaoning?Key?Laboratory?of?Wind?Power?Generation?Technology,Shenyang?110870,China)

        Abstract:

        Considering?the?problems?of?slow?response?speed?and?low?tracking?accuracy?caused?by?the?synchronous?reference?frame?phaselocked?loop?(SRFPLL)?under?the?sudden?change?of?wind?speed,?a?novel?rotor?position?estimation?approach?was?presented?based?on?the?finite?position?set?phaselocked?loop?(FPSPLL)?for?the?estimation?of?PMSG?rotor?position?method.?The?rotor?position?at?a?certain?time?was?discretized?into?multiple?position?information.?Meanwhile,?the?actual?rotor?position?was?accurately?extracted?by?combining?the?sliding?mode?observer?and?the?designed?back?EMF?cost?function.?This?novel?approach?eliminates?the?process?of?a?fixedgain?proportionalintegral?(PI)?setting?which?is?commonly?utilized?in?the?SRFPLL,?and?enhances?the?antidisturbance?ability?of?the?system.?The?simulation?and?experimental?results?show?that?the?novel?approach?can?quickly?track?the?rotor?position?and?the?speed?information?under?a?sudden?change?of?the?wind?speed.?It?also?shows?that?the?setting?time?is?reduced?by?42?ms,?and?the?position?error?was?less?than?0.03?rad.?Hence,?this?verifies?a?better?static?and?dynamic?performance,?as?well?as?a?higher?estimation?accuracy?of?the?proposed?control?strategy.

        Keywords:permanent?magnet?synchronous?generator;sliding?mode?observer;counter?electromotive?force;phase?locked?loop;rotor?position

        0?引?言

        近年來(lái),永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高精度控制,需要快速獲得精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息,而安裝無(wú)位置傳感器易受到外界干擾。因此永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)是一個(gè)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題[1]。

        目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了以下幾種方法用于永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)。文獻(xiàn)[2-4]基于高頻注入法的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法,僅對(duì)凸極轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)有很好的估計(jì)性能。文獻(xiàn)[5]基于零序電壓脈沖的方法在低風(fēng)速時(shí)估計(jì)性能較差。因而學(xué)者們廣泛應(yīng)用反電動(dòng)勢(shì)估算的狀態(tài)觀測(cè)器提取電機(jī)的轉(zhuǎn)速及位置信息[6-10],雖然各種狀態(tài)觀測(cè)器的估計(jì)算法對(duì)位置估計(jì)的魯棒性較好,但實(shí)時(shí)計(jì)算量大,動(dòng)態(tài)響應(yīng)不是很理想。為了解決計(jì)算的復(fù)雜性并且加快響應(yīng)速度,文獻(xiàn)[11-12]利用滑模觀測(cè)器(Sliding?mode?observer,SMO)結(jié)合同步參考系鎖相環(huán)(SRFPLL)來(lái)提取轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速信息,對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型精確度要求不高,被應(yīng)用到無(wú)位置傳感器控制策略中。但是反電動(dòng)勢(shì)存在一定諧波分量,在轉(zhuǎn)速持續(xù)波動(dòng)變化時(shí)會(huì)引起一定誤差,其動(dòng)態(tài)性能較差,風(fēng)速突變較大時(shí)導(dǎo)致檢測(cè)的轉(zhuǎn)子位置信息有較大的誤差[13]。文獻(xiàn)[14-16]通過(guò)提出一種自適應(yīng)線性神經(jīng)濾波器,來(lái)減輕反電動(dòng)勢(shì)中的諧波,增強(qiáng)了反電動(dòng)勢(shì)的估計(jì)性能。但是僅通過(guò)各種觀測(cè)器的改進(jìn),在風(fēng)速突變時(shí),估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置信息仍有一定誤差,且動(dòng)態(tài)響應(yīng)不佳。以上幾種觀測(cè)器都與同步參考系鎖相環(huán)(the?synchronous?reference?frame?phase?locked?loop,SRFPLL)相結(jié)合應(yīng)用在系統(tǒng)中。通常SRFPLL中采用比例積分(PI)控制器來(lái)提取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息。然而,PI控制器的參數(shù)整定是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和大量計(jì)算得到的,且永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)面臨的風(fēng)速突變工況,傳統(tǒng)PI控制器參數(shù)無(wú)法滿足所需要的控制要求[17]。

        本文提出一種基于有限位置集鎖相環(huán)(Finite?position?setphase?locked?loop,F(xiàn)PSPLL)的PMSG轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法,檢測(cè)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鏈位置。對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化、外界環(huán)境擾動(dòng)以及內(nèi)部攝動(dòng)等具有完全的自適應(yīng)行,有很強(qiáng)的魯棒性。通過(guò)滑模觀測(cè)器獲得反電動(dòng)勢(shì),利用迭代的方式將某一時(shí)刻由反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算出的位置信息離散化,設(shè)定反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù),對(duì)多個(gè)位置信息計(jì)算出的反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)值與參考值之間的差值尋優(yōu),以代價(jià)函數(shù)最優(yōu)化得到最佳的反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)值,以計(jì)算更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信息。最后利用仿真和實(shí)驗(yàn)比較FPSPLL與SRFPLL在風(fēng)速突變下的跟蹤性能。驗(yàn)證了所提出的方法對(duì)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的準(zhǔn)確性提高了10倍,動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間減少42?ms,并且在不同轉(zhuǎn)速下仍能達(dá)到其最優(yōu)的跟蹤性能。

        1?SRFPLL的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法分析

        永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為

        ud=Rsid+Lddiddt-ωrLqiq+ed,(1)

        uq=Rsiq+Lqdiqdt+ωrLqiq+eq。(2)

        其中:ud,uq和id,iq分別為定子電壓、電流的dq軸分量;Ld,Lq為PMSG的定子電感;ed、eq為dq軸反電動(dòng)勢(shì);Rs是PMSG的定子電阻;ωr為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;ψf轉(zhuǎn)子磁鏈。

        文獻(xiàn)[21]中介紹了基于SRFPLL的PMSG轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法。由dq坐標(biāo)系下的滑模觀測(cè)器可得估計(jì)反電動(dòng)勢(shì),并將其離散化,反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算為:

        ed[k]=-Rsid[k]-Lsid[k+1]-id[k]Ts+

        ωr[k]Lsiq[k]+ud[k],(3)

        eq[k]=-Rsiq[k]-Lsiq[k+1]-iq[k]Ts-

        ωr[k]Lsid[k]+uq[k]。(4)

        其中:ed,eq為反電動(dòng)勢(shì)的dq軸分量;k為采樣時(shí)間間隔;Ts為采樣時(shí)間。

        轉(zhuǎn)子磁鏈在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的矢量圖如圖1所示,其中r和^r分別為實(shí)際和估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置角,轉(zhuǎn)子磁鏈ψf應(yīng)與d軸對(duì)齊,r和^r之間的初始誤差是Δr。Δr較小時(shí),可以認(rèn)為ed≈Δr,進(jìn)而通過(guò)SMO觀測(cè)反電動(dòng)勢(shì)d軸分量,對(duì)初始誤差Δr進(jìn)行補(bǔ)償。

        由滑模觀測(cè)器獲取電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)ed,反饋的ed與參考反電動(dòng)勢(shì)ed,ref(ed,ref=0)作比較,誤差Δed=ed,ref-ed為固定PI增益的補(bǔ)償誤差Δω^r做參考,反電動(dòng)勢(shì)q軸分量eq被用來(lái)去計(jì)算轉(zhuǎn)速饋?lái)?xiàng)ω^ff,表示為

        ω^ff=eq[k]ψf。(5)

        因此,估計(jì)的轉(zhuǎn)速ω^r為

        ω^r=Δω^r+ω^ff。(6)

        在滑模觀測(cè)器下的基于SRFPLL的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。

        為了降低高頻噪聲的影響,估計(jì)的轉(zhuǎn)子速度ω^需要通過(guò)一個(gè)低通濾波器(LPF)進(jìn)行濾波。并對(duì)ωr[k]進(jìn)行積分來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置^r[k]

        ^r[k]=^r[k-1]+Tsω^r[k]。(7)

        SRFPLL傳遞函數(shù)如圖3所示。

        可以通過(guò)PLL的傳遞函數(shù)來(lái)調(diào)整PI控制器的參數(shù),SRFPLL的開環(huán)傳遞函數(shù)為

        Gol(s)=kp1+sTisTi11+sTf1s。(8)

        其中kp和Ti為PI控制器的參數(shù),Tf是低通濾波器的時(shí)間常數(shù)。

        由此針對(duì)PMSG的各項(xiàng)參數(shù),設(shè)定通頻帶帶寬來(lái)計(jì)算PI控制器的kp以及Ti參數(shù)得到補(bǔ)償項(xiàng)r,在這個(gè)過(guò)程中當(dāng)在電機(jī)極對(duì)數(shù)以及各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)需要針對(duì)系統(tǒng)重新計(jì)算PI控制器的參數(shù)。在文獻(xiàn)[18]中通過(guò)對(duì)稱優(yōu)化的方法來(lái)計(jì)算PI控制器的參數(shù),這種方法僅風(fēng)速恒定,或者風(fēng)速變化較小時(shí),所計(jì)算的PI參數(shù)為最優(yōu)參數(shù)。而多變的風(fēng)速帶來(lái)的位置估計(jì)誤差是不可忽略的,因此該種整定方式不能實(shí)現(xiàn)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最優(yōu)控制。所以對(duì)于永磁風(fēng)電機(jī)組面臨的風(fēng)速突變工況下,固定的PI控制器參數(shù)無(wú)法滿足所需要的控制要求。

        2?基于FPSPLL的PMSG轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法

        有限位置集的思想來(lái)自于模型預(yù)測(cè)控制(MPC)[19],總體思路為:先離散由SMO觀測(cè)器所得的轉(zhuǎn)子位置,然后通過(guò)尋優(yōu)使其無(wú)限接近真實(shí)的轉(zhuǎn)子位置。由于反電動(dòng)勢(shì)ed存在一定的諧波分量,SRFPLL經(jīng)過(guò)一次PI整定所得到的Δω^r并不是最優(yōu)值。通過(guò)迭代的方式在一個(gè)采樣時(shí)刻內(nèi)將PMSG的轉(zhuǎn)子位置離散出有限個(gè)轉(zhuǎn)子位置的集合,為反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)在一個(gè)采樣時(shí)刻內(nèi)提供多個(gè)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào),以得到最優(yōu)的轉(zhuǎn)速補(bǔ)償項(xiàng)r?;S^測(cè)器結(jié)合FPSPLL控制框圖如圖4所示。

        其中:uαβ和iαβ為定子側(cè)電壓電流觀測(cè)值;ed1,ed2…edn為離散初始位置角in,i[k]所得反電動(dòng)勢(shì),^r1,^r2…^rn為離散的轉(zhuǎn)子位置角ri,j[k]。

        所提出的有限位置集鎖相環(huán)主要特點(diǎn)是不需要PI控制器參數(shù)整定,因此設(shè)計(jì)相對(duì)容易。對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在一個(gè)采樣周期內(nèi)可以有充足的時(shí)間實(shí)現(xiàn)算法,并且只在前一個(gè)轉(zhuǎn)子位置附近進(jìn)行迭代,迭代算法并不需要過(guò)多的迭代次數(shù),轉(zhuǎn)子位置誤差就可以顯著減小。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證期間,觀察到實(shí)際上只需要外迭代循環(huán)i∈[0,7]來(lái)使用所提出的有限位置集算法,就可找到最佳的轉(zhuǎn)子位置而不影響估計(jì)速度。

        2.1?有限位置集算法

        有限位置集算法的目的是將某一時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位置離散成有限個(gè)位置信息的集合。為使轉(zhuǎn)子位置離散化將使用兩個(gè)嵌套循環(huán),兩個(gè)嵌套迭代循環(huán)分別為i(i∈[0,7])和j(j∈[0,7])。在每個(gè)采樣時(shí)刻經(jīng)過(guò)8次迭代每次迭代出8個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息,最終可得到64個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息。離散的轉(zhuǎn)子位置可以表示為

        ri,j[k]=in,i[k]+(j-4)Δi[k]。(9)

        迭代步長(zhǎng)隨著迭代次數(shù)的增加在逐漸減小,可以增加轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的精準(zhǔn)度。迭代步長(zhǎng)表示為

        Δi[k]=π42-i。(10)

        所提出搜索算法的流程圖如圖5所示。其中,兩個(gè)嵌套迭代循環(huán)i∈[0,7]和j∈[0,7]。iαβ[k],uαβ[k]為定子側(cè)電壓電流觀測(cè)值,in,i[k]為定義的初始轉(zhuǎn)子位置角,gin[k]為反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)初值,Δi[k]為迭代步長(zhǎng),r,opt[k]為最佳轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值。

        下面闡明所提出有限位置集算法,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)采樣時(shí)刻滑模觀測(cè)器提取第一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)ed1,0時(shí),隨之將所提取的ed1,0經(jīng)代價(jià)函數(shù)轉(zhuǎn)化為r1,0,假設(shè)初始in,0[k]=^r[k-1]=0,并且gi,j[k]

        最終經(jīng)過(guò)8次迭代,每次迭代得到8個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息,即在64個(gè)位置信息中找到了最佳轉(zhuǎn)子位置角r,opt[k]。假設(shè)從第一次迭代計(jì)算出的位置為π2rad。對(duì)于外循環(huán)的第二次迭代,有i=1和Δ1[k]=π8rad。再次帶入式(13),將產(chǎn)生8個(gè)新的轉(zhuǎn)子位置。因此,基于迭代算法的精度隨著迭代次數(shù)增加而增加,最終將收斂到最佳的轉(zhuǎn)子位置。迭代精度可以表示為

        12×π4×2-n=π2n+3。(11)

        其中,n為迭代次數(shù),本文中所選取的i∈[0,7],因此經(jīng)過(guò)8次迭代后(即i=7時(shí)),將會(huì)以0.003?rad的精度估計(jì)轉(zhuǎn)子位置信息。所提出的有限位置集鎖相環(huán)估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置精度較高。

        2.2?反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)

        反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)的目的是將有限個(gè)位置信息進(jìn)行尋優(yōu)。利用離散的轉(zhuǎn)子位置信息,再次通過(guò)滑模觀測(cè)器利用公式(3)可計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)的d軸分量edi,j,將由反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)尋優(yōu)。通過(guò)多個(gè)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較,得到代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值gopt。由此制定反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù)是為了得到最佳的轉(zhuǎn)速補(bǔ)償項(xiàng)r,等價(jià)于在有限數(shù)目的轉(zhuǎn)子位置中找到最佳的轉(zhuǎn)子位置。在所提出的有限位置集鎖相環(huán)中采用該形式的代價(jià)函數(shù)來(lái)選擇最佳的轉(zhuǎn)子位置。

        g1,0[k]=ed,ref-ed1,0,

        g1,1[k]=ed,ref-ed1,0,

        gi,j[k]=ed,ref-edi,j。(12)

        其中g(shù)i,j為經(jīng)過(guò)迭代的64個(gè)可轉(zhuǎn)化r的補(bǔ)償項(xiàng),由此我們等價(jià)于在一個(gè)采樣時(shí)刻做了64次PI整定。從中篩選出最佳的gi,j設(shè)為gopt:

        gopt=min{g1,0[k],g1,1[k]…g7,7[k]}(13)

        利用反電動(dòng)勢(shì)代價(jià)函數(shù),將得到的gopt轉(zhuǎn)化為補(bǔ)償項(xiàng)r,該r為基于FPSPLL算法的最佳r。

        3?仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)與機(jī)側(cè)全功率背靠背式變流器相連,經(jīng)直流母線和電網(wǎng)側(cè)變流器連接電網(wǎng),機(jī)側(cè)變流器用于實(shí)現(xiàn)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大功率跟蹤(MPPT)。通過(guò)采樣電壓uαβ和電流iαβ經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到dq軸電壓和電流,由滑模觀測(cè)器計(jì)算反電動(dòng)勢(shì),在通過(guò)FPSPLL方法估計(jì)轉(zhuǎn)速。通過(guò)ωr=npωm將估計(jì)轉(zhuǎn)速ω^r轉(zhuǎn)化為實(shí)際機(jī)械速度ωm。然后計(jì)算參考轉(zhuǎn)矩T*e=-kpω2m,其中常數(shù)kp是最大風(fēng)能捕獲系數(shù)[20]。由調(diào)節(jié)PMSG的d軸和q軸電流組成控制回路,d軸參考電流id,ref設(shè)置為0,利用參考轉(zhuǎn)矩來(lái)計(jì)算q軸電流iq,ref,d軸和q軸的實(shí)際值和參考值之間的誤差由PI控制器處理,產(chǎn)生dq軸的參考電壓ud,ref、uq,ref?;鵉PSPLL控制原理圖如圖6所示。

        3.1?仿真分析

        根據(jù)圖6搭建永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型,設(shè)定3?MW的PMSG;額定轉(zhuǎn)速為21?r/min;發(fā)電機(jī)直軸電感Ld=1.35?mH;發(fā)電機(jī)交軸電感Lq=2.31?mH;定子電阻R=0.013?Ω;磁鏈ψf=7.9?Wb;電網(wǎng)電壓700?V。仿真中,當(dāng)風(fēng)速突變時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)PMSG的轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速附近,PMSG的轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)小幅振蕩,分別采用SRFPLL方法與FPSPLL方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速及位置跟蹤,并檢測(cè)其誤差值。

        圖7為SRFPLL在3MW永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速及位置估計(jì),額定風(fēng)速為10?m/s,給定風(fēng)速為12?m/s,風(fēng)速高于額定風(fēng)速,通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制PMSG在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行(額定轉(zhuǎn)速20?r/min),調(diào)節(jié)過(guò)程中PMSG的轉(zhuǎn)速會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)波動(dòng)。ωr為風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速,ω^r為轉(zhuǎn)速估計(jì)值。利用SRFPLL估計(jì)其轉(zhuǎn)速及位置信息,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中SRFPLL的轉(zhuǎn)速誤差在1?r/min波動(dòng),轉(zhuǎn)子位置誤差為0.53?rad。

        圖8為FPSPLL與SRFPLL在相同仿真模型下的對(duì)比仿真。FPSPLL的轉(zhuǎn)速誤差在0.3?r/min以內(nèi)波動(dòng),并且波動(dòng)較少,收斂較快。位置誤差值小于0.025rad并且逐步趨近于0。驗(yàn)證了所提出的FPSPLL方法跟蹤精度高,位置估計(jì)準(zhǔn)確。

        3.2?實(shí)驗(yàn)分析

        在本文研究中,為了測(cè)試比較所提出的FPSPLL與SRFPLL的動(dòng)態(tài)性能,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,在10?kW永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行。采用獨(dú)立可調(diào)速的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(IM)代替風(fēng)輪機(jī),直接與PMSG同軸相連,如圖9所示。直流母線電壓由網(wǎng)側(cè)變流器(NSC)建立并維持恒定,以使PMSG能夠與機(jī)側(cè)變流器(GSC)實(shí)施正常的發(fā)電控制。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建如圖9所示。

        兩組實(shí)驗(yàn)的控制系統(tǒng)中,SRFPLL和FPSPLL都是在帶有MATLAB/Simulink的ratlab半實(shí)物仿真平臺(tái)上進(jìn)行。用增量式編碼器來(lái)測(cè)量PMSG的實(shí)際轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速,為本文提供轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法的參考依據(jù)。3個(gè)電流傳感器和1個(gè)電壓傳感器分別用于測(cè)量PMSG和直流母線電壓的定子電流。GSC過(guò)DS2004模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)板提供測(cè)量電流和電壓。根據(jù)參考電壓采用PWM計(jì)算功率變換器的開關(guān)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)在表貼式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)上進(jìn)行。SRFPLL的PI控制器的參數(shù)設(shè)置為:Kp=303、Ti=11?ms[21-22]。選擇一個(gè)帶寬為300?rad/s的控制器,涵蓋了永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的速度選擇范圍。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)如表1所示。

        圖10中可知,該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì),ωr為風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速,ω^r為轉(zhuǎn)速估計(jì)值。電機(jī)給定轉(zhuǎn)速130?r/min時(shí),基于SRFPLL和FPSPLL都能有較穩(wěn)定的速度跟蹤,在0.3?s時(shí)提供階躍信號(hào)增加轉(zhuǎn)速至1.6倍左右的額定轉(zhuǎn)速,在逐漸恢復(fù)至額定轉(zhuǎn)速。風(fēng)速階躍變化時(shí),SRFPLL的轉(zhuǎn)速跟蹤出現(xiàn)過(guò)阻尼,有明顯誤差,而所提出的FPSPLL可準(zhǔn)確跟蹤轉(zhuǎn)速信息。

        圖11為SMO下的傳統(tǒng)PLL與有限位置集PLL的轉(zhuǎn)速誤差對(duì)比實(shí)驗(yàn),其中轉(zhuǎn)速誤差為r=ωr-ω^r,在0.1~0.3?s時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定階段,SRFPLL的平均誤差1.8?r/min左右,而FPSPLL的平均誤差在0.9?r/min左右。由于經(jīng)過(guò)多次迭代的轉(zhuǎn)子位置信息,將平均速度誤差減小了一倍。在0.3?s時(shí)加入階躍信號(hào),突加轉(zhuǎn)速后,SRFPLL的最大轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差達(dá)到7.3?r/min時(shí)開始收斂,誤差值≥5?r/min的維持時(shí)間為10?ms,并經(jīng)過(guò)了61?ms的兩次整定重新進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。而FPSPLL的最大轉(zhuǎn)速誤差為5.1?r/min,誤差值≥5?r/min的維持時(shí)間僅為2?ms,僅用了19?ms整定后直接進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。所提出的FPSPLL相比于SRFPLL有更好的動(dòng)態(tài)性能和更快響應(yīng)時(shí)間。

        圖12為位置跟蹤結(jié)果,r為轉(zhuǎn)子位置的實(shí)際值,^r為轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)值,其中位置誤差為Δr=r-^r,在0.3?s轉(zhuǎn)速突變,基于FPSPLL的算法仍然可以準(zhǔn)確提取轉(zhuǎn)子位置信息,相比于SRFPLL,在暫態(tài)時(shí)位置的準(zhǔn)確度提高了4.5倍,并且在穩(wěn)態(tài)時(shí)位置的準(zhǔn)確度提高了10倍。從跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以驗(yàn)證本文所提出的FPSPLL有相對(duì)準(zhǔn)確的位置跟蹤效果。數(shù)據(jù)對(duì)比由表2、表3所示:

        圖13為在額定轉(zhuǎn)速為210?r/min的FPSPLL對(duì)PMSG的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速信息跟蹤性能,位置誤差仍能維持在0.025?rad以下,并且逐漸趨近于0。驗(yàn)證了在不同風(fēng)速域所提出的FPSPLL對(duì)位置估計(jì)的準(zhǔn)確性。

        4?結(jié)?論

        針對(duì)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn),分析了其無(wú)位置傳感器控制方法,提出了一種基于FPSPLL的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)位置估計(jì)方法,通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了永磁同步發(fā)電機(jī)在不同風(fēng)速下的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè),并與SRFPLL方法的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較,得出了如下結(jié)論:基于SRFPLL的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè),在風(fēng)速突變時(shí),響應(yīng)速度慢,速度跟蹤有明顯誤差,位置跟蹤精準(zhǔn)度較低。所提出的FPSPLL增加了轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的準(zhǔn)確度,加快了系統(tǒng)響應(yīng)速度,并且取代了SRFPLL的PI控制器參數(shù)整定過(guò)程。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果驗(yàn)證了這種評(píng)估方法的有效性,轉(zhuǎn)速誤差減小1倍,位置誤差控制在0.03rad以下。并且在多風(fēng)速下轉(zhuǎn)子位置估計(jì)仍保持準(zhǔn)確。增強(qiáng)了控制系統(tǒng)性能的魯棒性。

        參?考?文?獻(xiàn):

        [1]?NGOC,?L?DONG,?L?SANG.?A?simple?and?robust?sensorless?control?based?on?stator?current?vector?for?PMSG?wind?power?systems[J].?IEEE?Access,?2019,?7:8070-8080.

        [2]?ZHAO?Y,?WEI?C,?ZHANG?Z,?et?al.?A?review?on?position/speed?sensorless?control?for?permanent?magnet?synchronous?machinebased?wind?energy?conversion?systems[J].?IEEE?Journal?of?Emerging?&?Selected?Topics?in?Power?Electronics,?2013,?1(4):203-216.

        [3]?楊健,?楊淑英,?李浩源,等.?基于旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置辨識(shí)方法[J].?電工技術(shù)學(xué)報(bào),?2018,?33(15):3547-3555.

        YANG?Jian,?YANG?Shuying,?LI?Haoyuan,?et?al.?Initial?rotor?position?estimation?for?IPMSM?based?on?high?frequency?rotating?voltage?injection[J].?Transactions?of?China?Electrotechnical?Society,?2018,?33(15):?3547-3555.

        [4]?魯家棟,?劉景林.?內(nèi)置式永磁同步電機(jī)低速無(wú)位置傳感器控制[J].?電機(jī)與控制學(xué)報(bào),?2018,?22(3):88-94.

        LU?Jiadong,?LIU?Jinglin.?Lowspeed?position?sensorless?control?of?IPMSM?based?on?high?frequency?signal?injection[J].?Electric?Machines?and?Control,?2018,?22(3):88-94.

        [5]?CHEN?Z,?GAO?J,?WANG?F,?et?al.?Sensorless?control?for?SPMSM?with?concentrated?windings?using?multisignal?injection?method[J].?IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics,?2014,?61(12):6624-6634.

        [6]?PRAVICA?L,?SUMINA?D,?BARIA?T,?et?al.?Flying?start?of?a?permanent?magnet?wind?power?generator?based?on?a?discontinuous?converter?operation?mode?and?a?phase?locked?loop[J].?IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics,?2017,?PP(99):1-1.

        [7]?繆仲翠,黨建武,巨梅,等.基于分?jǐn)?shù)階滑模觀測(cè)的感應(yīng)電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2018,22(05):84-93.

        MIAO?Zhongcui,?DANG?Jianwu,?JU?Mei,?et?al.?Induction?motor?sensorless?vector?control?based?on?fractional?order?integral?sliding?mode?observer[J].?Electric?Machines?and?Control,2018,22(05):84-93.

        [8]?WANG?G,?ZHAN?H,?ZHANG?G,?et?al.?Adaptive?compensation?method?of?position?estimation?harmonic?error?for?EMFbased?observer?in?sensorless?IPMSM?drives[J].?IEEE?T?ransactions?on?Power?Electronics,2014,?29(6):3055-3064.

        [9]?劉和平,?苗軼如,?劉靜,等.?帶新型死區(qū)補(bǔ)償策略的感應(yīng)電機(jī)磁鏈轉(zhuǎn)速觀測(cè)器[J].?電機(jī)與控制學(xué)報(bào),?2019,?23(2):1-10.

        LIU?Heping,?MIAO?Yiru,?LIU?Jing,?et?al.?Induction?motor?flux?and?speed?observers?with?a?deadtime?compensation?strategy[J].?Electric?Machines?and?Control,?2019,?23(2):1-10.

        [10]?BOLOGNANI?S,?CALLIGARO?S,?PETRELA?R.?Design?issues?and?estimation?errors?analysis?of?backEMFbased?position?and?speed?observer?for?SPM?synchronous?motors[J].?IEEE?Journal?of?Emerging?and?Selected?Topics?in?Power?Electronics,?2014,?2(2):159-170.

        [11]?張國(guó)強(qiáng),?王高林,?倪榮剛,等.?基于自適應(yīng)線性神經(jīng)元濾波的內(nèi)置式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器[J].?電工技術(shù)學(xué)報(bào),?2016,?31(6):47-54.

        ZHANG?Guoqiang,?WANG?Gaolin,?NI?Ronggang,?et?al.?Adaptive?linear?element?filtering?based?rotor?position?observer?for?interior?permanent?magnet?synchronous?motors[J].?Transactions?of?China?Electrotechnical?Society,?2016?31(6):47-54.

        [12]?劉計(jì)龍,?肖飛,?麥志勤,等.?IF控制結(jié)合滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器復(fù)合控制策略[J].?電工技術(shù)學(xué)報(bào),?2018,?33(4):919-929.

        LIU?Jilong,?XIAO?Fei,?MAI?Zhiqin,?et?al.?Hybrid?PositionSensorless?Control?Scheme?For?PMSM?based?on?combination?of?if?control?and?sliding?mode?observer[J].?Transactions?of?China?Electrotechnical?Society,?2018,?33(4):919-929.

        [13]?劉彥呈,?任俊杰,?王寧,等.?永磁同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系滑觀測(cè)器設(shè)計(jì)研究[J].?電機(jī)與控制學(xué)報(bào),?2015,?19(7):36-44.

        LIU?Yancheng,?REN?Junjie,?WANG?Ning,?et?al.?Research?of?sliding?mode?observer?for?permanent?magnet?synchronous?motor?based?on?the?synchronous?rotating?frame?y[J].?Electric?Machines?and?Control,2015,?19(7):36-44.

        [14]?李旭春,?王倩,?馬少策.?帶離線參數(shù)辨識(shí)的降階觀測(cè)器PMSM無(wú)位置傳感器控制[J].?電機(jī)與控制學(xué)報(bào),?2017,?21(1):1-7.

        LI?Xuchun,?WANG?Qian,?MA?Shaoce.?Reduced?order?observer?based?PMSM?sensorless?control?algorithm?with?parameters?identification?at?stand?stillis[J].?Electric?Machines?and?Control,?2017,?21(1):1-7.

        [15]?李冉,?趙光宙,?徐紹娟.?基于擴(kuò)展滑模觀測(cè)器的永磁同步電動(dòng)機(jī)無(wú)傳感器控制[J].?電工技術(shù)學(xué)報(bào),?2012,?27(3):79-85.

        LIRan,?ZHAO?Guangzhou,?XU?Shaoyuan.?Sensorless?control?of?permanent?magnet?synchronous?motor?based?on?extended?sliding?mode?observer[J].?Transactions?of?China?Electrotechnical?Society,?2012,?27(3):79-85.

        [16]?陳勇,?高玉文,?陳章勇.?一種自適應(yīng)同步濾波器和正交鎖相環(huán)相結(jié)合的滑模觀測(cè)器[J].?電工技術(shù)學(xué)報(bào),?2018,?33(2):265-274.

        CHEN?Yong,?GAO?Yuwen,?CHEN?Zhangyong.?A?sliding?mode?observer?based?on?combination?of?adaptive?synchronization?filter?and?quadrature?phase?locked?loop[J].?Transactions?of?China?Electrotechnical?Society,?2018,?33(2):265-274.

        [17]?陳坤,?王輝,?吳軒,等.?一種新型的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器低速控制策略[J].?中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),?2017,?37(20):6083-6091.

        CHEN?Kun,?WANG?Hui,?WU?Xuan,?et?al.?A?novel?position?sensorless?control?for?interior?permanent?magnet?synchronous?motor?at?low?speed[J].?Proceedings?of?the?Chinese?Society?of?Electrical?Engineering,?2017,?37(20):6083-6091.

        [18]?劉剛,?肖燁然,?孫慶文.?基于改進(jìn)反電勢(shì)積分的永磁同步電機(jī)位置檢測(cè)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2016,20(2):36–42.

        LIU?Gang,?XIAO?Yeran,?SUN?Qingwen.?Position?detection?of?PMSM?based?on?the?improved?backEMF?integration?method[J].?Electric?Machines?and?Control,?2016,20(2):36–42.

        [19]?WANG?H?,?YANG?J?,?CHEN?Z,?et?al.?Model?predictive?control?of?PMSGbased?wind?turbines?for?frequency?regulation?in?an?isolated?grid[J].?IEEE?Transactions?on?Industry??Applications,?2018,54(4):3077?-?3089.

        [20]?楊俊友,?王海鑫,?井艷軍,等.?并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組模擬控制策略[J].?電機(jī)與控制學(xué)報(bào),?2016,?20(3):43-50.

        YANG?Junyou,?WANG?Haixin,?JING?Yanjun,?et?al.?Imitation?control?strategy?of?gridconnected?wind?power?system[J].?Electric?Machines?and?Control,?2016,?20(3):43-50.

        [21]?TONG?L,?ZOU?X,?FENG?S,?et?al.?An?SRFPLLbased?sensorless?vector?control?using?the?predictive?deadbeat?algorithm?for?the?directdriven?permanent?magnet?synchronous?generator[J].?IEEE?Transactions?on?Power?Electronics,?2014,?29(6):2837-2849.

        [22]?LI?Y,?YANG?J,?WANG?H,?et?al.?A?hybrid?filtering?techniquebased?PLL?targeting?fast?and?robust?tracking?performance?under?distorted?grid?conditions[J].?Energies,2018,?11(4):973.

        (編輯:劉素菊)

        猜你喜歡
        反電動(dòng)勢(shì)鎖相環(huán)
        一種基于波形等效原則的永磁電機(jī)空載反電動(dòng)勢(shì)在線測(cè)量方法研究
        微電機(jī)(2022年8期)2022-10-12 10:51:56
        基于改進(jìn)滑模觀測(cè)器的BLDCM無(wú)傳感器控制
        基于鎖相環(huán)技術(shù)的振蕩器穩(wěn)頻調(diào)制器仿真研究
        電子制作(2019年15期)2019-08-27 01:12:08
        溫度對(duì)永磁同步電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)值的影響
        汽車電器(2019年2期)2019-03-22 03:35:16
        鎖相環(huán)HMC832的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        新型無(wú)鎖相環(huán)DSTATCOM直接電流控制方法
        PWM整流器無(wú)鎖相環(huán)不平衡控制策略研究
        新型鎖相環(huán)技術(shù)及仿真分析
        鎖相環(huán)在微機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用
        淺談直流感性負(fù)載消除反電動(dòng)勢(shì)電路設(shè)計(jì)
        日本在线一区二区三区观看| 中文字幕亚洲综合久久菠萝蜜| 中文字幕在线亚洲一区二区三区| 日韩精品久久久一区| 日本一区二区啪啪视频| 国产亚洲精品不卡在线| 一本色道久久综合亚洲精品蜜臀| 精品国产3p一区二区三区| 亚洲男同免费视频网站| 人人妻人人澡av| 国产精品又黄又爽又色| 青青草视频在线观看绿色| 亚洲日韩在线中文字幕综合| 女人张开腿让男桶喷水高潮| 久久精品无码专区免费青青| 亚洲人成网站77777在线观看 | 亚洲乱码中文字幕综合69堂 | 精精国产xxxx视频在线播放器| 久久伊人精品只有这里有| 中文字幕人妻av一区二区| 亚洲av男人的天堂一区| 日韩内射美女片在线观看网站| 国模吧无码一区二区三区| 国产午夜精品一区二区三区软件| 欧美极品美女| 国产99页| 久久久精品国产老熟女| 国产91精品高潮白浆喷水 | 四虎国产精品永久在线国在线| 国产女女精品视频久热视频| 国产一区a| 成人激情视频一区二区三区| 日本av天堂一区二区三区| 色又黄又爽18禁免费网站现观看| 97伦伦午夜电影理伦片| 久久久国产精品樱花网站| 国产一区二区在线观看我不卡| 亚洲长腿丝袜中文字幕| 亚洲中文字幕国产视频| 波多野结衣的av一区二区三区| 精品人妻一区二区三区四区|