风力发电变桨永磁无刷直流电机控制系统研究.pdf
摘要
随着传统化石能源危机和环境污染问题的日益严重,有绿色环保、循环再生
等优势的风力发电在我国发展迅速。风力发电机组能够将风能转化为电能,再通
过逆变器并网传输给用户使用。风机三个叶片由三个变桨电机控制,变桨电机控
制系统的稳定和变桨电机协调运行决定了风机的稳定运行。随着现代电机和控制
技术的发展,永磁无刷直流电机(PermanentMagnetBrushlessDCMotor,
PMBLDC)可以实现无级调频调速,且能效转化率高,相比于有刷直流电机有很
高的实用性。采用永磁无刷直流电机作为变桨电机,并在统一变桨控制策略中引
入电机协同控制技术,可以使变桨系统运行更加平滑稳定噪音小,且电机之间的
协同性更强,能够使风电机组更安全稳定的运行。
分析了风力发电变桨永磁无刷直流电机控制系统的研究背景和意义,介绍了
变桨系统的组成和作用以及变桨系统的现状,分析了变桨电机的选型依据,综述
了永磁无刷直流电机控制技术以及变桨系统多电机协同控制技术的研究现状,概
述了论文主要研究内容。
对变桨系统的结构以及控制原理进行了分析,在不同工况下对变桨电机的运
行状态进行分类;阐述了永磁无刷直流电机的结构和工作原理,建立了电机的数
学模型。
研究了永磁无刷直流电机的矢量控制原理,简述了坐标变换的过程,设计了
永磁无刷直流电机的电流环控制器、速度环控制器、位置环控制器,分析了
SVPWM的实现步骤,对永磁无刷直流电机双闭环以及三闭环系统进行了仿真分
析,并进行实验验证。
针对统一变桨中三电机的偏差耦合控制进行了研究,在偏差耦合控制基础上,
设计了包含额外补偿值的速度补偿器及自抗扰控制器的改进型偏差耦合控制器,
进行了多电机偏差耦合控制仿真,仿真结果证明改进型偏差耦合控制能够对三台
电机进行更好的稳定控制,提高统一变桨系统的协同性以及风机工作的稳定性。
设计并成功研制了小功率永磁无刷直流电机矢量控制系统样机,对其中的硬
件和软件进行设计。硬件部分包括主功率电路、主控制电路、外围控制电路、位
置检测电路、电源电路。软件部分包括主循环函数、中断函数、矢量控制算法等。
关键词:风力发电,变桨,永磁无刷直流电机,多电机协同控制,矢量控制
Abstract
Withthetraditionalfossilenergycrisisandenvironmentalpollutionbecoming
increasinglyserious,windpowergeneration,whichhastheadvantagesofgreen
environmentalprotectionandrecycling,isdevelopingrapidlyinourcountry.Wind
turbinescanconvertwindenergyintoelectricity,whichisthentransmittedtousers
throughinvertersconnectedtothegrid.Thethreebladesofthewindturbinesare
controlledbythreevariablepitchmotors.Thestabilityofthevariablepitchmotorcontrol
systemandthecoordinatedoperationofthevariablepitchmotordeterminethestable
operationofthefan.WiththedevelopmentofmodernMotorandcontroltechnology,
PermanentMagnetBrushlessDCMotor(PMBLDC)canrealizesteplessfrequency
modulationandspeedregulation,andhashighenergyefficiencyconversionra