張曉良

摘 要：無(wú)速度傳感器的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起步較晚，技術(shù)操作難度大，運(yùn)行難度較大，特別是用速度的在線觀察方面難度更大。所以本次研究中研究了控制技術(shù)的基本實(shí)現(xiàn)意義，并就控制技術(shù)實(shí)施做了簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：無(wú)速度傳感器；風(fēng)力發(fā)電；控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

能源產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電不僅是近些年的研究重點(diǎn)，也必然會(huì)是未來(lái)十余年內(nèi)的重點(diǎn)研究對(duì)象。特別是一些海上或者高寒風(fēng)大的地區(qū)，有豐富的電力資源，必然能夠讓風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)可行性得到保障，實(shí)用性與利用優(yōu)勢(shì)必然會(huì)展現(xiàn)。

1 無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的現(xiàn)實(shí)操作意義。眾所周知，在傳統(tǒng)的雙饋電機(jī)矢量控制體系當(dāng)中，最核心的部位在于以轉(zhuǎn)速環(huán)當(dāng)成外環(huán)控制的一個(gè)控制環(huán)節(jié)，這必然要求在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中使用高精度光電編碼器等轉(zhuǎn)速和位置處檢測(cè)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在完成電路調(diào)理動(dòng)作后，將其傳遞到中央處理器之中，而在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中傳遞給信號(hào)以完成轉(zhuǎn)速環(huán)的建設(shè)。但是雙饋電機(jī)在傳感器的安裝過(guò)程中，總是會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，像是：（1）實(shí)際成本的增加：在設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中額外加入了傳感器，必然會(huì)讓設(shè)備成本也相應(yīng)的增加，這對(duì)初期投入來(lái)說(shuō)是十分不利的，何況光電編碼盤不具有較高的實(shí)際精準(zhǔn)性，加之精準(zhǔn)性高的編碼盤價(jià)格又高，這樣組成的便是一個(gè)惡性循環(huán)過(guò)程；（2）由于錯(cuò)誤安裝而對(duì)測(cè)量精度造成的影響，在電機(jī)上安裝的編碼盤并不能夠切實(shí)的確保和雙饋電機(jī)之間保持精確的同心度，并且在使用時(shí)間的過(guò)程中，拉長(zhǎng)程度更高，更容易出現(xiàn)光電編碼盤的松動(dòng)問(wèn)題，而一旦速度環(huán)出現(xiàn)了惡性癥狀，必然影響整個(gè)設(shè)備和項(xiàng)目的運(yùn)行，造成的損失都是難以估量的；（3）維護(hù)難題：電機(jī)中心軸有較大的體積，容易為電機(jī)維護(hù)帶來(lái)巨大的難題，這和異步電機(jī)自身的簡(jiǎn)單性特征是不相適應(yīng)的。

2 直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理。傳統(tǒng)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電的變流結(jié)構(gòu)為“不控整流聯(lián)合升壓斬波聯(lián)合PWM逆變”的交直交變流器，其在應(yīng)用過(guò)程中的不足之處在于二極管的整流輸出電壓是不在控制范圍內(nèi)的，晶閘管整流雖然可以對(duì)其的輸出電壓進(jìn)行控制，可是功率不高，并且會(huì)朝著電網(wǎng)輸入進(jìn)數(shù)量較大的諧波電流運(yùn)行。所以可以再使用過(guò)程中利用PWM整流電路。圖1是永磁同步電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)湎到y(tǒng)組成圖，其組成包括風(fēng)力機(jī)、永磁同步電機(jī)、制動(dòng)器和雙脈沖寬度調(diào)制變頻器與濾波器等。具體的工作原理為，在風(fēng)速不斷變化的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流電壓與頻率是在不斷改變著的，此項(xiàng)變壓變頻中的交流直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電流經(jīng)過(guò)變流器輸出電壓之后和電網(wǎng)電壓的相位頻率保持一致，是一種可調(diào)節(jié)的功率因數(shù)交流電系統(tǒng)。風(fēng)能運(yùn)行的捕捉過(guò)程中，借助風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的功能配合，能夠讓發(fā)電機(jī)組在不等量的風(fēng)速作用下保持較高的風(fēng)能利用系數(shù)，使其能夠在一個(gè)良好的轉(zhuǎn)速維持作用下連續(xù)運(yùn)行。而在運(yùn)行過(guò)程中要想保持最大化的風(fēng)能操作功能，可以對(duì)發(fā)電機(jī)的有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以改變當(dāng)中電磁的運(yùn)轉(zhuǎn)間距，進(jìn)而對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速加以調(diào)節(jié)。所以發(fā)電功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)屬于風(fēng)電機(jī)組變速運(yùn)行過(guò)程中的核心，其受制于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鏈定向矢量操作要求。

3 基于定子磁鏈觀察的無(wú)速度傳感器控制技術(shù)

3.1 定子磁鏈觀察技術(shù)。無(wú)速度傳感器控制技術(shù)表示的是利用對(duì)電機(jī)中和轉(zhuǎn)子位子、速度關(guān)聯(lián)性信號(hào)，像是定子端電壓、相電流等等，之后以觀察狀態(tài)或者電機(jī)數(shù)學(xué)模型的方式推測(cè)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子的具體位置和運(yùn)行速度，從而代替?zhèn)鞲衅鞯奈恢谩，F(xiàn)如今的風(fēng)力發(fā)電工況狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)切入速度是中高速速度，一般是在反電動(dòng)勢(shì)與磁鏈位置速度的估算中技術(shù)中被廣泛使用，簡(jiǎn)單的說(shuō)此項(xiàng)技術(shù)就是構(gòu)建一個(gè)定子磁鏈觀察器，以獲取轉(zhuǎn)子的位置角數(shù)據(jù)。

3.2 基于飽和反饋改良型定子磁鏈觀察方式仿真。對(duì)比飽和反饋積分器和一階慣性濾波器估算的鏈形波形，以下構(gòu)建了一個(gè)仿真模型，波形輸出圖如圖2所示。在這之中，飽和反饋積分器飽和限幅值設(shè)定成理想的磁鏈幅值，Ψs* =Um/ωe=20/20=1、截止頻率ws的值分別選擇10rad/s、20rad/s。對(duì)比以上兩幅圖可知，帶飽和反饋過(guò)程中的積分器和一階低通濾波器對(duì)比，L好比是理想磁鏈幅值，并且在頻率的截止Wc數(shù)額越高，帶飽和反饋過(guò)程中的積分器積分所獲得的磁鏈幅值與相角誤差就越小，可是相反的Wc越低的時(shí)候，帶飽和反饋過(guò)程中的積分器直流偏差就很弱小。

3.3 網(wǎng)側(cè)變換器的控制。執(zhí)行電網(wǎng)的側(cè)逆變器過(guò)程中，把兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系當(dāng)中的d軸和電網(wǎng)電壓矢量放在同一坐標(biāo)軸上，設(shè)θ是電壓矢量位置角。那么逆變器在網(wǎng)側(cè)電壓矢量定向坐標(biāo)系之下的數(shù)學(xué)模型可以表示成：

在上式中，L與R分別代表的是逆變器和網(wǎng)側(cè)之間的電感與電阻指標(biāo)，而ud和uq表示的分別是逆變器的調(diào)制性電壓控制量，這兩項(xiàng)因素還同步受到交叉耦合項(xiàng)以及電壓電網(wǎng)之間的影響，因此需要有一種技術(shù)將d、q之間的電流耦合控制技術(shù)關(guān)系解除。電壓控制環(huán)對(duì)直流電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，能夠讓逆變器穩(wěn)定的朝著電網(wǎng)傳遞有功功率，同時(shí)能夠讓無(wú)功電流環(huán)進(jìn)行逆變器輸出無(wú)功功率的控制，以滿足電網(wǎng)對(duì)無(wú)功功率的執(zhí)行要求。

結(jié)語(yǔ)

本次研究簡(jiǎn)單的分析了基于無(wú)速度傳感器的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略，并且以樣本數(shù)據(jù)的方式驗(yàn)證了此項(xiàng)操作體系的穩(wěn)定性，和一般的風(fēng)力發(fā)電要求基本能夠保持一致。

參考文獻(xiàn)

[1]劉彬.無(wú)速度傳感器的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電變流器控制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.