[发明专利]一种同步电机无速度传感器的快速启动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步电机无速度传感器的快速启动方法，该方法可以在永磁同步直驱风力发电机组启动前，对转速不为零的永磁同步电机的转速和转子位置信息进行初步估算，从而减小机组的启动电流，加快无速度传感器控制策略收敛的快速性，实现快速启动，属于风力发电技术领域。

背景技术

在永磁同步直驱风力发电机组中，为了提高传动系统的可靠性，通常采用无速度传感器控制策略。这是因为在风力发电机组中，无速度传感器控制策略非常具有优势。第一，兆瓦级永磁同步直驱风力发电机组中，在温度、湿度、震动等恶劣环境条件下，对速度传感器的要求较高，增加了机组的维护成本，降低了可靠性。而且速度传感器在外转子永磁同步发电机上，难以安装，影响了其应用。第二，不存在电机的零速或者低速启动问题，而该问题是无速度传感器控制中最难和最不稳定的部分。永磁同步风力发电机的切入转速一般在额定转速的15％～30％左右，永磁同步电机的反电动势已经足够大，有利于无速度传感器控制策略对电机转速和转子位置角的估算。第三，永磁同步直驱风电机组的功率随着转速的增加而增大，即在低转速时发出的功率较小，高转速时发出的功率较大。对无速度传感器控制策略来说，转速越高，对电机转速和转子位置角的估算越准确，对风电机组系统的影响越小。第四，对于大容量的永磁同步直驱风电机组，通常电机设计为多套独立绕组，采用多台变流器并联运行，每台变流器分别对各套电机绕组独立控制。采用无速度传感器控制策略后，避免了各台变流器间的高速通信，提高了系统可靠性。

综上所述，为了提高永磁同步直驱风电机组的可靠性，降低系统的维护成本，在兆瓦级永磁同步直驱风电机组中，通常采用无速度传感器控制策略。

关于永磁同步电机无速度传感器控制技术，国内外提出了很多相应的方法，归纳起来大概分为三类。一类是基于电机理想模型的开环计算方法，包括直接计算法和反电动势积分法。第二类是基于各种观测器模型的闭环算法，包括扩展卡尔曼滤波法、模型参考自适应法和滑模观测器等。第三类是基于电机非理想特性的算法，以高频注入法为代表。

以上各种永磁同步电机无速度传感器控制方法，应用在永磁同步直驱风力发电机组上，都存在一个问题，那就是在电机启动过程中，不能对电机转速和转子位置进行快速估算。由于永磁同步电机启动时，已经有一定的电机转速，其电机反电动势并不为零。而启动前变流器并不知道此时电机的转速、转子位置、反电动势的幅值和相位等信息，要靠给永磁电机定子端施加一定的电压，然后把电机定子电流的信息反馈给无速度传感器控制算法，经过计算后再得到电机的转速和转子位置信息。变流器所施加的电压，如果和电机反电动势的幅值、相位相差较大，就会造成电机瞬时过流，给电机施加一个较大的转矩，造成风电机组震动，对机组的机械传动系统造成不利影响。

发明内容

本发明的发明目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种同步电机无速度传感器的快速启动方法，可以在永磁同步直驱风力发电机组启动前，对转速不为零的永磁同步电机的转速和转子位置信息进行初步估算，从而减小机组的启动电流，加快无速度传感器收敛的快速性，实现快速启动。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种同步电机无速度传感器的快速启动方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)系统控制器释放机组刹车，打开桨叶，风机在桨叶的带动下，开始旋转；

(2)当电机转速达到切入转速后，系统控制器给电机侧变流器发出启动指令；

(3)系统控制器将电机的定子输出端短路，并检测定子短路电流i_a，i_b，i_c；

(4)根据检测的电机定子短路电流i_a，i_b，i_c，计算电机转子位置角θ_r和转速ω_r；

(5)根据步骤(4)计算出的电机转子位置角θ_r和转速ω_r，更新无速度传感器控制策略中的相关变量初始值，并启动无速度传感器控制策略，实现对电机的启动。

所述步骤(4)具体包括如下计算步骤：

(4a)将所述步骤(3)检测得到的定子短路电流i_a，i_b，i_c，转换到两相静止坐标系i_α、i_β；

(4b)根据两相静止坐标系下的定子短路电流i_α、i_β，计算转子位置角