[發明專利]一種無位置傳感器的永磁半直驅風電機組控制方法

在審

• 申請號: 202010597806.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111865164A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 孟克其勞;邊豐碩;張占強;馬劍龍
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/05;H02P21/00;H02P21/13;H02P9/00;H02P101/15;H02P103/20
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 曹玉琳

本發明公開了一種無位置傳感器的永磁半直驅風電機組控制方法，涉及風力發電領域。包括以下步驟：步驟一：采集數據建立關于風力機的以下數學模型；步步驟二：將永磁同步發電機在三相靜止參考坐標系下的數學模型通過克拉克和派克變換轉化為如下的數學模型；驟三：建立滑模觀測器；步驟四：建立滑模控制器。本發明通過采用新型趨近律滑模速度控制器代替傳統PI控制器，有效解決了傳統PI控制中參數不易整定，魯棒性差等問題；在風速不斷變化的環境中，有較強的抗干擾性能，可以很好保持風電機組最大功率跟蹤的性能；通過采用基于新型趨近律的滑模控制器，提高系統的抗干擾能力，改善系統的性能，可以很好的抑制抖振，同時收斂中趨近速度快。

技術領域

本發明屬于風力發電控制技術領域，特別是涉及一種無位置傳感器的 永磁半直驅風電機組控制方法。

背景技術

近些年來，隨著風電技術的不斷發展進步，風電機組容量越來越大。 目前機組主要分為直驅永磁風電機組和雙饋異步風電機組。直驅永磁風電 機組故障率低，但是轉速比較低，體積巨大，運輸安裝困難。雙饋異步風 電機組可以采用體積較小的高速發電機，運輸安裝方便，但是故障率高。 為解決這種問題，綜合兩種機組優勢，永磁半直驅風電機組應運而生。采 用一級齒輪箱連接風力機和永磁同步發電機，增加電機轉速，減小體積重 量，符合未來風電機組發展趨勢。由于在永磁直驅風電機組的控制系統中， 需要用到轉子的轉速角度信息，而位置傳感器存在安裝維護困難，因此采 用無位置傳感器方法來進行獲取轉子信息。常見的無位置傳感器方法主要 分為在低速下的高頻信號注入法和中高速下的滑模觀測器法，模型參考自 適應法和擴展卡爾曼濾波法。在永磁直驅風電機組的控制系統中，通常采 用PI速度控制器，但傳統的PI控制容易受參數變化和外界干擾的影響，魯 棒性差，在風速不斷變化的情況下，很大的影響風能最大功率跟蹤的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無位置傳感器的永磁半直驅風電機組控制 方法，通過采用新型趨近律滑模速度控制器代替傳統PI控制器，有效的解 決了傳統PI控制中參數不易整定，魯棒性差等問題；在風速不斷變化的環 境中，有較強的抗干擾性能，可以很好保持風電機組最大功率跟蹤的性能； 通過采用基于新型趨近律的滑模控制器，提高系統的抗干擾能力，改善系 統的性能，可以很好的抑制抖振，同時收斂中趨近速度快。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明為一種無位置傳感器的永磁半直驅風電機組控制方法，包括以 下步驟：

步驟一：建立風力機的數學模型

采集數據建立關于風力機的以下數學模型，其中，

風輪吸收的機械功率Pm如下式表示：

葉尖速比為風電機組風輪葉尖速度與風速的比值為：

所述風電機組風輪上的氣動轉矩為風輪吸收的機械功率與實時轉速之 間的比值為：

所述永磁半直驅風電機組在發電機與風輪之間設有一增速的齒輪箱， 所述齒輪箱變比為k；

上式中，P_m為風力機吸收的機械功率，ρ為空氣密度，R為風輪半徑， v為風速，Cp為風能利用系數，λ為葉尖速比，β為槳距角，Ta為氣動轉矩， ω為風輪轉速；

根據統計學原理，定義永磁半直驅風力發電機的風能利用系數Cp表達 為：

由于在MPPT系統中，槳距角為0，因此簡化得到的風能利用系數Cp 關于葉尖速比λ的關系式為：

步驟二：建立永磁同步電機的數學模型