物联网-智慧传输-基于CSC直驱风力发电系统定子磁场定向的无速度传感器矢量控制研究.pdf
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2022-07-06
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基于ＣＳＣ直驱风力发电系统定子磁场定向的无速度传感器矢量
控制研究
摘 要
风力发电作为一种具有较：大潜能的可再生能源开发形式，近年来得到了快
速的发展，其中直驱式风力发电系统以风轮机和发电机的直接耦合的独特优势
而倍受关注。为了实现系统变速恒频运行，电力电子功率变换电路在风力发电
系统起到尤为重要的作用。现阶段发展较为成熟的变换电路是电压源型变流器，
而对于电流源型变流器应用于风力发电系统的研究还较为鲜见。
本文针对背靠背电流源型直驱风力发电系统，在阅读了大量文献的基础上，
对比分析了系统中ＰＭＳＧ基于无速度传感器的主要控制方法包括转子磁场定向
矢量控制、定子磁场定向矢量控制和直接转矩控制。研究表明，与转子磁场定
向的矢量控制和直接转矩控制相比，按定子磁场定向的矢量控制既避免了转子
磁场定向矢量控制对定子电感等参数的依赖性，又克服了直接转矩控制的转矩
脉动。针对基于定子磁链的传统速度估算方法在动态性能和鲁棒性上存在不足，
文中采用了一种更准确、快速的改进速度估算方法。
通过建立ＰＭＳＧ和电流源型整流器（ＣＳＲ）的数学模型，提出了适用于电流
源型风力发电系统ＰＭＳＧ的按定子磁场定向的无速度传感器矢量控制算法。其
中，定子磁链观测是定子磁场定向的核心环节。由于传统的纯积分器容易由于
初值和直流偏置导致输出偏移和饱和的问题，而一阶低通滤波器虽可以一定程
度上抑制上述问题，但又会引入幅值和相位误差。本文在充分研究了’自适应补
偿积分器原理的基础上对该算法进行了仿真，结果表明它可以有效地解决纯积
分器和低通滤波器存在的问题。此外，本文还提出了基于定子磁场定向的单位
功率因数矢量控制策略，其算法简单易行，无需复杂的矢量变换和电流闭环。
利用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ对本文研究的背靠背电流型直驱风力发电系统
进行建模仿真，验证了所提控制方案的有效性。同时仿真结果表明，基于定子
磁场定向的无速度传感器矢量控制在稳态性能和动态性能都能与基于ＰＬＬ转子
磁场定向的无速度矢量控制（ｆ．，＝Ｏ）相媲美。最后，在已有的１０ｋＷ基于背靠背电
流源型的永磁直驱风力发电系统实验平台上，设计了ＤＳＰ控制程序和ＦＰＧＡ的
ＰＷＭ脉冲发生程序，并给出了部分试验结果。
关键词：直驱式风力发电系统；永磁同步发电机；电流源型变流器；定子磁场
定向矢量控制；无速度传感器
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