[发明专利]一种直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法

说明书

技术领域    本发明涉及永磁同步电机领域，特别是一种测量直驱永磁同步风电机组中电机转子位置和转子电角速度无速度传感器的控制方法。

背景技术    直驱永磁同步风电机组在当今风电系统中有着广泛的运用。为了减少发电机侧的谐波电流、降低发电机的铜耗和铁耗、提高系统捕获的功率、实现转速的准确控制，电机侧采用的是PWM整流装置。同时，采用转子磁场定向的矢量控制技术。准确的转子位置检测是控制的关键。通常在永磁同步电机的转轴上安装光电编码器或旋转变压器等测量装置来测量转子转速和位置角，然而这些额外的测量装置增加了系统的成本、增加了系统转动惯量，同时在极端恶劣的工况下（如：雨水湿度大、振动强、高低温等）会降低测量的精度影响系统的可靠性，增加了维护成本。 因此，无速度传感器的控制方法就显得尤为重要。

现有技术中，中国专利《快速检测无位置传感器三相永磁同步电机转子位置的方法》（专利号：200810243652.2）采用的是三相反电动势之间归一化方法；《无速度传感器永磁同步电机-空调压缩机系统的控制方法》（专利号：200410078141.1）采用的是转矩指令电流复合控制的方法，并将无传感器技术用于变频空调技术领域；《一种永磁同步电机转子位置传感方法和位置传感装置》（专利号：200510020607.7）采用旋转变压器和解算单元作为传感器计算出转子位置角，并将无传感器技术用于汽车控制领域。《永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器及构造法》（专利号：200810124095.2）和《永磁同步电机的无速度传感器逆控制器》（专利号：200820037559.1）采用的都是扩展卡尔曼滤波的方法计算出转子位置角和转速；《用于永磁同步电机的无位置传感驱动器》（专利号：200580004124.6）采用的是融合算法；《兆瓦级永磁同步直驱风电机组无速度传感器控制方法》（专利号：200810025169.7）采用的是定子电压定向的锁相环法，用于兆瓦级永磁同步直驱风电机组中。但是，上述各种无速度传感器在求取转子电角速度和转子位置角的方法中计算非常复杂，对控制器提出了很高的要求。针对上述问题，本发明从实际工程运用角度出发，提出了一种简易的直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法来求取转子位置角和转子电角速度。

发明内容    本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提出了一种实现简单、可操作性强、可靠性高、有很强的工程应用价值的直接计算转子位置角和转子电角速度的无速度传感器控制方法。

本发明所述控制方法通过公式                                               = 求出转子位置角，通过公式求出转子电角速度；其中为电阻、为定子电势、及为定子电势的轴分量、为空载电势、为电抗。

该控制方法按以下方法实现：

步骤1：通过永磁同步电机定子电势方程及相关知识，确定定子磁链产生的电角速度和转子电角速度相等。

由永磁同步电机定子电势方程可知（a相为例）： （:电机端电压、:电枢电阻、:电枢电流、:定子磁链）。其中，包括两部分电势，分别为空载电势（）和电枢反应所产生的电势。电枢反应所产生的电势也包括两部分分别为主磁通产生的电势（）和漏磁通产生的电势（），

即                       （1）

在三相坐标系下永磁同步电机的数学模型为：

                    （2）

其中：

                （3）

                         （4）

通过等式（2）可知，电感包括自感和互感所示,其中自感包括两部分主磁通产生的电感和漏磁通产生的漏感。

在等式（2）中，电枢电流通过PWM整流装置，采用转子磁场定向的矢量控制技术可知得到三相对称的正弦电流：

                          （5）

且有：=                                       （6）

由向量相关理论可知，任意两个同频正弦量相加所得到的合成向量频率不变。通过（3）（4）（5）可知定子磁链也是一个按照转子电角速度旋转的正弦量。（如图1所示）

其中：:端电压、:电枢电流、:定子磁链、自感:、互感: ;:转子磁链、:转子位置角、:电枢电流角频率，:a相定子电势。

步骤2：定子磁链和其所产生的电势角频率相等，且定子磁链滞后其电势的位置角为。