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无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制

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摘要：对于常规数字式编码器来说，其在实际应用中很容易受到各类因素的干扰，在本文中，在对直驱型恒频系统变流器工作原理进行分析的基础上，通过无速传感器方式的应用对发电机的相位以及速度进行了观测，进而对无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制进行一定的研究。

关键词：无速度传感器；永磁直驱；风电变流器；

1引言

永磁直驱型发电系统在成本、经济效益以及拓扑结构方面都具有较大的优势，在将双PWM变流器作为风电系统变流器进行应用，则具有着控制方式灵活以及性能好的优点，能够对电机调速等控制功能进行较好的实现。在风电系统中，速度以及位置检测非常重要，通过无速度传感器控制方式的应用，则能够在对干扰等情况进行较好避免的同时获得传感器成本的节约。

2背靠背变流器工作原理

对于目前所使用的背靠背PWM变流器而言，其在市场中具有着较好的应用情况，对此，在本研究中则对该种结构进行了应用。对于该变流器类型来说，其由电网侧变流器以及电机侧变流器两部分组成，其中，电机侧变流器主要控制PMSG，在对其实现控制的同时对不同情况下的转速调节以及解耦控制进行了实现。而电网侧变流器则会输出并网进行了实现，能够控制直流侧电压以及不同情况的解耦控制。在该设备中，其通过双DSP的应用对电网以及电流侧的变流器实现控制，且两个DSP间通过通讯方式的应用对变流器间的工作协调进行实现。而在控制原理方面，其控制器属于双环结构类型，包括有dp轴电流内环以及转速外环，以此对电机的输出无功以及电磁转矩进行实现，其电压方程为：

其中，isd、isq、usd、usq为电子电流dp分量以及定子输出电压，R为定子电阻，w为电机转速，φ为永磁磁通，Ld、Lq为dp轴电感。

当isd=0时，其电磁转矩为：

在上式中，p为发电机极对数，即表示可以通过q轴分量对电磁转矩实现控制。

3基于PLL的无速度传感器控制

对于该种同步电机调速系统来说，在对其进行应用时，如何对转角以及转速进行获取可以说是非常重要的一项问题。目前，已经具有较多以转角在线以及转速进行估算的方法，如卡尔曼滤波算法、电流谐波以及系统估计算法等，即通过具有估计偏差以及利用方程间计算结果的对比对电机的转角参数进行推算。

在本研究中，选择了基于全数字锁相环的位置以及无速度传感器控制，对于该装置来说，其运行原理即通过系统给定信号相位以及输出行为差值对系统输出的信号频率进行控制，直到其输出信号能够对给定信号的频率实现跟踪。对于锁相环来说，其具有着频率闭环的应用特性，对此，则可以通过该特点的应用实现电机电压频率的测量，以此对电机的转子位置角以及转速进行获得。对于该方式来说，其在控制的精确度以及鲁棒性方面都具有着较好的表现，但在电机处于低速运行状态时，则很可能因此导致部分问题的出现。

对此，我们对PMSG的定向标记进行设置。对于无位置传感器控制系统来说，由于其并非通过实际检测的方式对PMSG转子位置进行获得，而是基于估算获得的，对此，在估算位置以及实际位置间，则可能会存在一定的误差。对此，我们假定两者位置间存在的差为△θ，此时，转子永磁体所产生的反电动势则会在坐标系中对q以及d两者轴的分量进行产生，我们将其表示为与。通过分析我们则可以了解到，通过能够对以及△θ进行控制，使其值为0，那么我们则可以确定所估算的值具有着较好的准确性。通过PI控制器的应用，则能够对该种无差控制进行实现，其锁相环无速度传感器控制原理如下图所示：

基于无速度传感器以及数字锁相环的策略实现如下图所示：

在该控制方式中，测量获得的电流以及PMSG三相电压在经过一定计算之后，对旋转坐标情况下的反电动势值进行获得，在经过数字滤波之后，取反正切，所计算得到的角度差经PI控制器处理之后则能够对角速度的估计值进行获得。之后，则可以对其进行积分处理，对该角度的值进行获得，在将该值进行反馈之后，使其作为坐标系的将角度参考。在以该方式进行处理之后，所获得的速度值将具有较大的波动特征，对此，则可以对数字低通滤波器进行安装，以此对更好的估计效果进行获得。在基于锁项环无速度传感器的实现方式以及控制原理，则以在仿真实现中对电流微分项进行忽略，由于估计值没有通过低通滤波器，则将获得以下结果：

图3

通过仿真结果则可以了解到，对于该种方法来说，在电机处于稳定速度情况下，其所产生的误差非常小，可以视为0，而如果电机发生转矩以及速度的变化情况，误差值则会随之增大。对此，为了能够对该算法的动态性能表现进行提升，则可以通过观测器的应用对电机的反电动势进行获得。

4结束语

在永磁直驱风电系统中，背靠背变流器具有着性能高、控制灵活性强的特点，通过无速度控制方式的应用，则能够在对相关问题进行解决的同时进一步提升控制可靠性，具有着较好的应用价值。

Reference