基于参数在线辨识的永磁风力发电机无位置传感器控制技术

提出一种基于无位置传感器及电机参数在线辨识的永磁同步风力发电机控制策略。通过建立永磁同步发电机的扩展反电势数学模型,推导出基于锁相环技术的转子位置自检测控制模型。为消除发电机参数时变性对转子位置观测精度的影响,建立了基于递归最小二乘法的电机参数辨识模型,对永磁风力发电机的d、q轴电感进行实时在线辨识,并将实时辨识得到的电机参数应用于发电机转子位置观测和转子磁场定向矢量控制中。建立了一套2kW的永磁风力发电机实验机组,对所提控制策略的有效性和可行性进行了实验验证。     

基于模型参考自适应的电动车用永磁同步电动机无速度传感器控制系统研究

本文针对车用永磁同步电动机驱动系统的特点,提出了新的基于定子电流的模型参考自适应的电动车用永磁同步电动机无传感器控制方法,建立了电流参考模型与可调模型,将两模型输出的差经过自适应机构和合适的自适应律来实时调节可调模型中的参数,从而实现电动机的转速和位置的参数辨识。在Matlab/Simulink环境下对系统进行了仿真研究和结果分析,表明基于模型参考自适应的电动车用永磁同步电动机无传感器控制方法有良好的电机参数辨识和动静态效果。     

一种改进的永磁同步电动机参数在线辨识方法

本文提出了一种永磁同步电动机参数在线辨识的新方法。通过对永磁同步电动机在d-q坐标系下,标准最小二乘法形式的参数辨识模型的推导,利用带遗忘因子最小二乘法(FFRLS)对电动机定子电阻值和交直轴电感值进行在线辨识,借助以上辨识结果,采用模型参考自适应方法(MRAS)再辨识出电动机的永磁磁链。同时应用基于Popov超稳定性理论设计的PI自适应律,实现各种工况下电动机的永磁磁链在线辨识。以一台0.75kW永磁同步电动机为例进行了仿真与实验研究,仿真结果显示,该方法具有计算量较小、准确度较高且具有较佳的动态跟踪辨识特性。     

基于级联MRAS的PMSM参数在线辨识方法研究

在无速度传感器矢量控制系统中,为实现对永磁同步电机的精确控制,需要对电机参数进行在线辨识。在对模型参考自适应方法进行深入分析的基础上,提出一种基于级联模型参考自适应的永磁同步电机参数在线辨识方法,该方法在同步旋转dq坐标系下,利用dq轴电压、电流及其偏差,借助Popov超稳定性理论建立参数的辨识模型,并推导出待辨识参数的自适应律,实现了电机转子速度、定子电阻与转子磁链的同时在线辨识。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于PMU数据和时间序列模型的发电机参数识别

电力系统动态仿真的精度往往由同步发电机等元件模型及参数的精度所决定。在对同步发电机模型进行时间序列分析的基础上,提出了一套依靠同步相量测量单元对惯性时间常数、发电机转速调节常数以及涡轮调速器的时间常数等发电机动态参数进行识别的方法。该方法首先将发电机的经典模型和摇摆方程统一转换为一个时间序列模型,并利用线形参数辨识方法对此时间序列模型的参数予以辨识;最后通过求解发电机模型参数与时间序列模型参数的等式关系得到发电机的模型参数。对不同功率变化波形进行了仿真试验,按照本文方法计算得出的发电机参数与实际参数一致,验证了本文提出方法的有效性。     

基于可量测量的同步发电机参数时域辨识

同步发电机模型中不可观测量的存在使得发电机参数辨识困难。在派克模型的基础上,推导出一种状态量均为量测量的同步发电机参数辨识模型,基于该模型提出用直接积分最小二乘原理来辨识发电机参数,并采用分步辨识策略进行辨识。采用所提模型和算法,所有状态量均可直接由积分求取,避免了求解复杂的微分方程,简化了参数辨识方法,提高了辨识效率,而且降低了噪声对辨识结果的影响。利用MATLAB进行算例仿真,将所提模型与派克模型和某文献模型进行对比,结果表明所提模型和算法正确、简单且精度高。     

基于MRAS和SVPWM永磁同步电动机无位置传感器控制

依据永磁同步电动机的动态耦合关系,提出一种模型参考自适应辨识算法来估算转子的位置。永磁同步电动机无位置传感器的调速系统采用空间矢量脉宽调制策略以减小逆变器输出电压的谐波成分,降低转矩脉动。仿真结果证实了模型参考自适应辨识算法对转子位置跟踪准确,系统具有很强的鲁棒性,是实现永磁同步电动机无位置传感器控制的一种实用方法。     

同步发电机非线性模型的期望最大辨识

为实现在噪声干扰下的同步发电机非线性模型在线辨识,提出了同步发电机非线性模型的期望最大的辨识方法。首先,构建了考虑励磁调压器的同步发电机离散非线性状态空间模型,并将同步发电机参数辨识问题转化为期望最大的优化问题;然后提出量化评价系数比较实际系统量测值与参数变化的输出值的差异,并给出参数灵敏度筛选主导参数;同时,利用粒子滤波器和粒子平滑器构造同步发电机条件数据期望,并使用梯度搜索方法得到同步发电机的参数辨识算法。最后用仿真进行参数辨识实验,仿真结果验证所提方法的有效性。     

基于PMU实测数据的同步发电机参数在线辨识方法

由于试验条件与发电机运行的实际工况有较大差异,常规的电机试验难以得到与饱和、涡流等密切相关的发电机动态参数的准确值,满足不了离线和在线安全分析及控制的要求。将PMU上传的定子电压和励磁电压量测作为输入信号、定子电流和励磁电流作为输出信号,基于PMU实测数据和同步发电机派克模型,考虑定子绕组暂态过程,实现了同步发电机原始参数的辨识。电力系统实际算例表明,与设计参数相比,基于该参数辨识结果的仿真曲线与实测发电机动态曲线的拟合程度明显要高,所提方法能够有效提高同步发电机的参数辨识精度。     

飞机同步发电机的建模仿真方法研究

飞机上的交流电源多采用三级式无刷交流同步发电机,它由永磁副励磁机、交流励磁机和主发电机组成。针对飞机发电系统的稳态响应以及动态性能的仿真需求,和制造商提供的数据不能直接带入同步发电机数学模型的问题,通过研究同步发电机的运行原理,提出了在dq0坐标系下建立飞机同步发电机的动态数学模型的方法,通过对仿真模型所需参数与制造商提供的数据的具体意义与相互关系的研究,提出了由制造商所提供的数据向仿真模型所需参数的换算方法。利用SABER仿真软件建立飞机三级同步发电机的动态数学模型,填入由制造商所提供的数据计算出的仿真模型所需参数,结合调压器模型得到三级发电机的部分动态仿真结果,结果与理论分析具有很好的一致性,为飞机电源系统的设计提供了一个有效的工具。     

模型参考自适应无速度传感器技术在永磁直驱风力发电系统中应用

针对直驱风力发电系统(DDWPS)中测速码盘容易受到干扰的问题提出了一种模型参考自适应系统(MRAS)无速度传感器永磁同步发电机(PMSG)控制方案.选择PMSG本身作为参考模型,电机的电流模型为可调模型,可调模型中的电流和转速量为待估计参数,根据利用Popov超稳定理论得到的自适应律实时地调节可调模型中的电流值,使其与电机定子的实际电流矢量误差收敛于零,同时使可调模型中的转速逼近实际值.利用估计到的转速进行永磁直驱风力发电机的电流闭环矢量控制,电网侧采用PWM整流器的有源逆变工作方式实现直驱系统背靠背变流器的并网发电.给出了DDWPS背靠背变流器的详细控制框图.通过仿真和实验验证了基于MRAS的转速估计方法及DDWPS背靠背变流器控制方案的正确性和可行性.     

并网永磁直驱式风电系统的模态分析

为研究永磁直驱风电系统（PMSG）并网后自身的稳定性问题,进行了并网风电系统的模态分析。建立了适用于系统小扰动稳定分析的PMSG风电系统模型,研究了并网风机无穷大系统的模式特性。采用特征值法分析了轴系模型、轴系刚性参数、运行点、并网距离对并网风电系统模式的影响。并在PSCAD/EMTDC上建立了相应的非线性模型,利用Prony方法对输出功率曲线进行模式识别,验证了模态分析结论。研究从模态分析的角度说明了轴系双质块建模的重要性,以及上述参数对并网PMSG稳定性影响的相关结论,结果有助于了解并网PMSG风电系统稳定性问题的本质。     

基于滑模变结构控制的直驱永磁风力发电系统研究

本文在分析永磁同步电机数学模型的基础上,结合直驱永磁风力发电系统中的永磁同步电机矢量控制控制技术,提出一种滑模变结构与PI综合控制策略,具有对系统参数变化和负载扰动不敏感、鲁棒性好、响应速度快及容易实现等优点.在MATLAB/simulink环境下构建系统的仿真模型,仿真结果表明该控制器能有效削弱抖振,对负载扰动和系统...     

永磁同步发电机的无传感器滑模辨识及控制

针对坐标旋转法永磁同步发电机无速度传感器控制中忽略定子电流微分项带来的估计偏差大等问题,提出基于旋转坐标系的自适应锁相环和滑模辨识方法.采用近似滑模控制对模型电机定子电流进行控制,使发电机和模型电机电流相等,从而获得两电机转子相位差的正弦和余弦分量.建立直驱式永磁同步电机无速度传感器辨识模型和自适应锁相环模型,并利用基于反步法的自适应锁相环进行速度和相位观测,在此基础上利用Lyapunov函数设计法设计控制器.采用近似滑模辨识使模型电机电流快速逼近原电机电流且到近似正弦的控制量,自适应数字锁相环相位收敛快,采用Lyapunov函数设计的控制器能保证系统收敛.仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.     

Coordinated Controller Design of Grid-connected Variable-speed Wind Energy Conversion System with Model-based Predictive Control Using Response Surface Methodology

This paper presents an optimum design procedure for the coordinated tuning of machine side converter (MSC) and grid side converter (GSC) controllers of grid connected permanent magnet synchronous generator (PMSG). Model based predictive controller (MBPC) is used to control the MSC. MBPC based speed control design consists of two steps. A linearized state space model is employed to predict the future output (rotor speed). An optimal control law is derived by minimizing a quadratic performance index that considers the control effort and the difference between the predicted rotor speed and the reference rotor speed. A proportional-integral (PI) controller is used to control the GSC. The MSC and GSC controller parameters are determined by simultaneously optimizing the controller performance indices. The coordinated controller design is carried out in two steps. The analytical expression that relates the performance indices and the controller parameters is arrived using response surface methodology (RSM). The determination of controller parameters is posed as a constrained multi-objective optimization problem and solved employing NSGA-II (non-dominated sorted genetic algorithm II). The proposed methodology is tested on a sample power system with PMSG based WECS (Wind Energy Conversion System). Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed methodology.     

直接转矩控制永磁同步发电机相位自校正型定子磁链观测器

直接转矩控制永磁同步发电具有电磁转矩和直流电压输出动态响应快等优点,但这些优点的实现需要准确的定子磁链。实际发电机参数在一定范围内随工作点变化而变化,这就要求定子磁链观测器对这些参数变化具有很强的鲁棒抑制特性。该文提出一种新型定子磁链观测器,该观测器借助有效磁链概念计算出转子磁极位置角观测值,基于此将定子磁链电压模型和电流模型联系起来,无需转子速度信息;为了进一步降低观测的定子磁链相位误差,将观测的定子电流矢量与实际定子电流矢量乘积结果送给PI调节器,利用PI输出值对转子位置角观测值进行校正。实验结果表明,采用该文提出的定子磁链观测器在无需转子速度及参数辨识情况下,对电机参数变化及模拟量采样误差具有很强的鲁棒抑制特性,可以获得准确的磁链观测值,实现电磁转矩和直流发电电压的快速而平稳控制。     

永磁直驱风力发电机无速度传感器驱动控制

基于永磁同步发电机(PMSG)的直驱型风力发电机通常采用无速度传感器技术进行驱动控制.考虑到风力发电机中PMSG的运行特点,基于基波励磁法的转子磁链位置观测方案较适合这一应用场合.基于此,提出一种新颖的基波励磁法观测方案,该观测方案由扩展磁链观测器和用于对观测到的扩展磁链进行同步进而获得转子磁链位置信息的锁相环共同组成.该扩展磁链观测器具有最小阶,且无需对内嵌式PMSG的凸极特性进行忽略近似.在对该扩展磁链观测器的结构机理及其稳定性进行推导和讨论的基础上,对位置观测器的设计过程进行了探讨.11 kW PMSG的实验验证了该无速度传感器控制方案的性能.     

基于MRAS的多相永磁直驱型风力发电系统无速度 传感器控制策略研究

对采用多相永磁同步发电机的大功率直驱型变速恒频风力发电系统进行了研究。系统采用六相永磁同步发电机和多重化的AC-DC-AC变换器,以减少每个电机绕组中的电流和每个电力电子变换器中的电流。研究了一种基于模型参考自适应(Model Reference Adaptive System,MRAS)的六相永磁同步发电机无速度传感器控制策略。该策略将永磁同步发电机本身作为参考模型,将发电机的电流模型作为可调模型,设计了自适应律同时辨识永磁同步发电机的转速和转子位置。还研究了基于变步长爬山法的最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略,该策略具有动态功率跟踪速度快和稳态时速度平稳的优点。实验结果表明,上述控制策略在负载突变和转速突变时均能准确地检测到发电机的转速和转子位置;在风速变化时能准确地跟踪最大功率。     

考虑小干扰稳定的海上风电经不控整流直流送出系统 控制器参数优化设计

风机并网逆变器及送电系统的稳定性是大规模海上风力发电系统稳定运行的重要保证。提出一种考虑小干扰稳定的海上风电系统控制器参数优化设计方法。首先,利用谐波线性化原理推导了直驱风机并网逆变器、送端采用不控整流器的高压直流(diode-rectifier based HVDC, DR-HVDC)输电系统的序阻抗模型。然后,分析了风场经DR-HVDC并网互联系统的特点,讨论了稳定判据的适用性。进而,从控制器的角度,确定直驱风机并网逆变器控制系统的控制带宽和阻尼比的取值范围。并在此基础上,从系统的角度,综合考虑互联系统的右半平面零极点和控制参数等对阻抗比值的作用。最后,给出直驱风机并网逆变器的控制系统参数优化设计流程。基于Matlab/Simulink 建立海上风电经DR-HVDC直流送出系统的时域仿真模型。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。