[发明专利]永磁同步发电机转子角频率和转子位置角估算方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及一种永磁同步发电机转子角频率和转子位置角估算方法。 

背景技术

风力发电发展迅速，各种技术日趋完善。永磁发电机作为风电机组的主要部件之一，采用背靠背双PWM全功率变流器来实现其变速恒频发电。在矢量控制方法中，电机转子位置角是矢量旋转的关键，并且转子角频率可用于主控功率和桨矩角控制、超速保护等。针对客户需求、成本考虑、安装条件限制等原因，无速度传感器情况下永磁同步发电机的转子角频率和转子位置角估算迫在眉睫。现有的方法包括：直接计算法、反电动势积分法、扩展反电动势法、扩展卡尔曼滤波法、高频注入法、低频注入法等。这些方法各有优劣，通常依赖于电机参数、低速性能较差、需初始相位检测等弊端。正是要改善这些估算方法的缺陷，本发明研发了一种永磁同步发电机转子角频率和转子位置角估算方法，其能自动补偿直流偏置、积分初值影响、电机参数变化以及变频器的非线性影响等。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种永磁同步发电机转子角频率和转子位置角估算方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种永磁同步发电机转子角频率和转子位置角估算方法，包括电压型磁链观测环节、电流型磁链观测环节、自动补偿环节、计算有功磁链环节和转子角速度和位置角计算环节，所述自动补偿环节中利用控制器实现所述电压型磁链观测环节和所述电流型磁链观测环节之间的相互校正，包括如下步骤： 

⑴、将定子电压矢量和定子电流矢量输入所述电压型磁链观测环节，所述电压型磁链观测环节计算得出电压型磁链观测环节定子磁链矢量所述电压型磁链观测环节定子磁链矢量公式为： 

式中分别代表定子电阻和补偿电压矢量； 

⑵、定子电流矢量输入所述电流型磁链观测环节，所述电流型磁链观测环节计算得出电流型磁链观测环节定子磁链矢量所述电流型磁链观测环节定子磁链矢量计算公式为： 

式中L_d、i_ds、L_q、i_qs分别代表定子磁链的d轴分量、定子磁链的q轴分量、定子d轴电感、定子电流的d轴分量、转子磁链、定子q轴电感、定子电流的q轴分量； 

⑶、所述电压型磁链观测环节和所述电流型磁链观测环节将各自计算出的定子磁链矢量输入所述自动补偿环节中，所述自动补偿环节中计算出补偿电压矢量并将电压矢量输入所述电压型磁链观测环节中，其中补偿电压矢量的计算公式为： 

式中表示所述控制器的传递函数； 

⑷、步骤⑴至步骤⑶循环计算至所述电压型磁链观测环节输出的定子磁链矢量和所述电流型磁链观测环节输出的定子磁链矢量值相等，此相等的矢量用表示； 

⑸、将定子磁链矢量输入所述计算有功磁链环节，计算出有功磁链矢量其计算公式为： 

⑹、将有功磁链矢量输入所述转子角速度和位置角计算环节，计算出转子角频率ω和同步旋转角θ的三角函数sinθ、cosθ，其中sinθ、cosθ的计算公式为： 

式中为有功磁链矢量在α轴的分量，为有功磁链矢量在β轴的分量； 

其中有功磁链矢量在α-β轴的分量由有功磁链矢量在a-b-c轴的分量换算而来，换算公式为： 

式中分别表示有功磁链矢量在a-b-c轴的分量； 

转子角频率ω的计算公式为 

ω=dθdt.]]>

所述自动补偿环节中的控制器为PI控制器。 

本发明具有如下优点：两个观测器之间相互校正，并且通过PI控制器能实现平滑切换；补偿器可补偿磁链估计中的误差，包括直流偏置、积分初值影响、电机参数变化以及变频器的非线性影响；此方法省去了对转子初始相位的检测；不用锁相环，仅使用简单的数学计算便可以得到转子角频率ω和用于旋转变换的三角函数sinθ_cosθ，简化了控制系统结构，同时消除了锁相环带来的动态延时。 

附图说明

图1是本发明的计算流程示意图。 

具体实施方式