本文選題：直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電　切入點(diǎn)：直接轉(zhuǎn)矩控制　出處：《福州大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：風(fēng)能作為世界上發(fā)展最快的新能源,得到全世界廣泛的關(guān)注。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電相較雙饋風(fēng)力發(fā)電具有轉(zhuǎn)換效率高、并網(wǎng)功率控制靈活等特點(diǎn),成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)重要的研究方向。直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是一種先進(jìn)的交流電機(jī)控制策略,它具有轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快,控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。將直接轉(zhuǎn)矩控制方法用于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,具有重要實(shí)際意義。但傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制具有磁鏈、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大等問(wèn)題。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息常依靠傳感器獲得。傳感器的安裝使得系統(tǒng)安裝成本增加,維修困難,且易受環(huán)境因素的影響。因此,無(wú)位置傳感器控制技術(shù)正成為直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。本文首先介紹了永磁同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)分析了風(fēng)力機(jī)模型及運(yùn)行特性。根據(jù)理論分析搭建直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電模型,并把直接轉(zhuǎn)矩控制作為控制策略,在Matlab/Simulink中進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明搭建的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)性能良好,為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)搭好基礎(chǔ)。其次分析了直接轉(zhuǎn)矩控制中傳統(tǒng)的電壓積分型磁鏈觀測(cè)器,分析幾種常用的改進(jìn)法的性能,并提出一種新的電流型觀測(cè)器。該方法避免了電壓積分法中直流偏移和初始值帶來(lái)的弊病,也解決了電流型觀測(cè)器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)電感測(cè)量不準(zhǔn)確引起的系統(tǒng)問(wèn)題。仿真結(jié)果表明該方法具有可行性和有效性。第三,在分析永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)功角與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系,推導(dǎo)了基于定子磁鏈的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法。該方法可用于轉(zhuǎn)子位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)。第四,采用模糊直接轉(zhuǎn)矩控制的方法取代傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制。將模糊控制理論引入直接轉(zhuǎn)矩控制中,根據(jù)區(qū)分磁鏈和轉(zhuǎn)矩的偏差而做出適當(dāng)?shù)臎Q策,因此優(yōu)化開(kāi)關(guān)狀態(tài)的選擇。仿真結(jié)果表明該方法對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)有明顯的抑制效果,大大改善了直接轉(zhuǎn)換控制的性能。最后在理論和仿真的基礎(chǔ)上,本文以TMS320F2812為控制芯片,搭建控制電路。設(shè)計(jì)了電壓和電流檢測(cè)電路,PWM驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路。在硬件電路的基礎(chǔ)上,編寫(xiě)C語(yǔ)言程序,并進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試。在1Kw的永磁同步電機(jī)對(duì)拖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),完成主電路、控制電路和相關(guān)電路的搭建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的無(wú)位置傳感器技術(shù)能進(jìn)行準(zhǔn)確的位置檢測(cè),精度高,動(dòng)態(tài)性能較好,可考慮作為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。
[Abstract]:Wind energy, as the fastest growing new energy in the world, has received wide attention all over the world.Compared with doubly-fed wind power generation, direct-drive permanent magnet wind power generation has the characteristics of high conversion efficiency and flexible power control, which has become an important research direction of wind power generation technology.Direct torque Control (DTC) is an advanced AC motor control strategy, which has the advantages of fast torque response and simple control structure.It is of great practical significance to apply direct torque control method to direct drive wind power generation system.But traditional direct torque control has many problems, such as flux chain and torque ripple.The rotor position information of permanent magnet synchronous motor (PMSM) is usually obtained by sensor.The installation of sensors increases the installation cost, makes maintenance difficult, and is easily affected by environmental factors.Therefore, sensorless control technology is becoming a hot spot in the research of direct drive wind power generation system.In this paper, the mathematical model of permanent magnet synchronous generator (PMSG) is introduced, and the wind turbine model and its operation characteristics are analyzed.According to the theoretical analysis, the direct torque control (DTC) is used as the control strategy, and the simulation results in Matlab/Simulink show that the DTC system is of good performance.To lay a good foundation for further experiments.Secondly, the traditional voltage integral flux observer in direct torque control (DTC) is analyzed, and the performance of several commonly used improved methods is analyzed, and a new current-mode observer is proposed.This method avoids the disadvantages of DC offset and initial value in voltage integration method and solves the system problem caused by inaccurate measurement of inductance in practical application of current-mode observer.Simulation results show that the method is feasible and effective.Thirdly, on the basis of analyzing the mathematical model of PMSM and according to the relationship between power angle and rotor position, the rotor position detection method of PMSM based on stator flux linkage is deduced.This method can be used to detect rotor position in real time.Fourthly, fuzzy direct torque control is used to replace the traditional direct torque control.The fuzzy control theory is introduced into the direct torque control and the appropriate decision is made according to the deviation between the flux chain and the torque, so the switching state is optimized.The simulation results show that this method can restrain torque and flux ripple obviously and improve the performance of direct conversion control greatly.Finally, on the basis of theory and simulation, this paper uses TMS320F2812 as the control chip to build the control circuit.A PWM drive and protection circuit is designed for voltage and current detection circuits.On the basis of hardware circuit, C language program is written, and further debugging is carried out.The main circuit, control circuit and related circuit are built in 1Kw permanent magnet synchronous motor (PMSM) test platform.The experimental results show that the position sensorless technique proposed in this paper can be used for accurate position detection with high accuracy and good dynamic performance. It can be considered as a practical application.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM315

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