無位置傳感器控制技術在直驅變流器中的應用

摘要：直驅型風電機組具有能量轉換效率高、可靠性高、并網功率控制靈活等優點，在風力發電領域具有非常廣闊的市場前景。電機的轉速和轉子位置角是直驅變流器控制策略中的重要參數。介紹了一種基于無位置傳感器控制技術的轉速和位置測量方法，該方法簡單、快速、動態響應好。闡述了直驅型風電變流器的拓撲結構和控制策略，以及無位置傳感器控制技術的測量原理和控制方法。通過Matlab／Simulink仿真和現場工程應用，驗證了該控制技術的有效性和可靠性。
關鍵詞：無位置傳感器；變流器；直驅；永磁同步電機

1 引言
直驅型風電機組具有能量轉換效率高、可靠性高、并網功率控制靈活等優點，在風力發電領域具有廣闊的市場前景。為實現直驅型風電機組高性能的閉環矢量控制，需獲得轉子轉速和實時位置。通常采用成本合理、性能良好的無位置傳感器控制技術，通過檢測電機的電流、電壓等可測物理量進行位置和速度估算。
無位置傳感器檢測方法包括：基于永磁同步電機(PMSM)基本電磁關系的方法、三相端電壓和電流計算、基于反電動勢或定子磁鏈估算、基于各種觀測器的估算方法。其中基于反電勢進行轉子的轉速和位置估計的方法，具有簡單、快速和動態響應快的優點。

2 直驅型風電機組控制概述
2．1 永磁同步電機數學模型
這里采用基于矢量控制的控制策略，因此PMSM數學模型需在d，q坐標系下建立。圖1示出PMSM數學模型及其在d，q坐標下的矢量圖。ωT為電機機械角速度。

2．2 控制策略
PMSM控制策略原理包括基于轉子磁場定向的矢量控制和基于定子磁場定向的直接轉矩控制兩類，針對不同控制目標，兩類控制策略的實現方法不同。這里研究矢量控制，以id=0策略為例，將d軸電流分量控制為零，根據此控制思路可得最新的轉矩方程：Te=1．5pψfisq，可見，采用這種控制思路，電機轉矩大小只與q軸電流、主磁鏈成正比，故可采用轉矩外環和電流內環控制策略，其中轉矩外環采用開環控制模式，控制流程見圖2。

在圖2中，忽略Rs的影響，ωeψf為q軸電壓前饋量，它能降低機側解鎖瞬間電流的沖擊，在控制過程中較關鍵。