一种高精度增量式编码器在直驱风力发电系统中的应用_胡书举
永磁直驱风电系统PMSG的内模控制策略研究
·21·引言永磁直驱型风电系统在拓扑结构、成本、经济效益以及应对电网故障等方面均具有很多独特的优势。
随着永磁材料性能的提高、价格的下降以及新的永磁材料的出现，它在高可靠性、宽变速范围的大、中、小功率发电系统中的应用将越来越广泛[1]，[2]。
采用双PWM 背靠背变流器作为直驱式风力发电系统全功率变流器具有优良的性能，通常使用基于DSP 的数字化控制，控制方法灵活，具有四象限运行功能，可以实现电机调速和对输送到电网上的电能质量进行控制[3]。
永磁直驱风电系统中，对永磁同步发电机（PMSG ）的控制通常采用PI 控制器，PI 控制器对于电机参数变化和外部扰动具有一定的抑制能力。
由于永磁同步电机的dq 轴解耦控制存在交叉耦合项，PI 控制的动态性能会受到限制[4]。
当电机参数变化或者外部扰动的幅度较大时，PI 控制的性能可能会大幅度下降。
PI 控制虽然在工程上得收稿日期：2008-10-25。
基金项目：中国科学院电工研究所所长基金（0710141CS1）。
作者简介：胡书举(1978-)，男，汉族，河南南阳人，博士研究生，研究方向为风力发电控制技术。
E-mail ：hushuju@永磁直驱风电系统PMSG 的内模控制策略研究胡书举1，2，赵栋利2，郭金东2，李建林2，许洪华2（1.中国科学院研究生院，北京100049；2.中国科学院电工研究所，北京100190）摘要：介绍了PMSG 控制策略和内模控制的工作原理。
采用内模控制策略设计电机侧PWM 变流控制器的速度调节器与电流调节器，使控制器参数直接与电机参数相关联，实现对PMSG 的控制。
仿真结果显示，采用内模控制具有良好的稳态与动态性能，对输入机械转矩、转速给定等外部条件变化的响应速度快，对电机参数误差具有较强的适应性；内模控制应用于永磁直驱风电系统PMSG 的控制，容易获取优化的控制器参数，可以有效提高控制性能。
关键词：直驱风电系统；永磁同步发电机；内模控制；电流调节器；速度调节器中图分类号：TM614;TP273文献标志码：A文章编号：1671-5292（2009）03-0021-06Study on the internal model control tactic of PMSG fordirect-driven wind power systemHU Shu-ju 1，2，ZHAO Dong-li 2，GUO Jin-dong 2，LI Jian-lin 2，XU Hong-hua 2（1.Graduate University of CAS ，Beijing 100049，China ；2.Institute of Electrical Engineering CAS ，Beijing 100190，China ）Abstract ：Based on the analysis of PMSG control tactic,the work principle of internal model con -trol （IMC ）is explained and used to design the speed regulator and the current regulator of the generator -side PWM converter controller,with this design,the controller parameters are directly associated with generator parameters in order to control the PMSG.The simulation results show that IMC has good steady-state and dynamic performances,and has fast response to the changes of the input mechanical torque,the given speed and has good adaptability to the generator parameters'er -rors.It is verified by the simulation results that IMC application in the PMSG control in direct-driven wind power system,can improve the system performance effectively due to easily obtaining the optimal controller parameters.Key words ：direct-driven wind power system ；permanent magnet synchronous generator ；internal model control ；current regulator ；speed regulator 可再生能源Renewable Energy Resources第27卷第3期2009年6月Vol.27No.3Jun.2009·22·可再生能源2009，27（3）（a ）IMC 结构图图1基于PMSG 的双PWM 变流器结构图Fig.1Configuration of PMSG based dual-PWM converter永磁同步发电机风电机组电机侧变流器电网侧变流器电网L ACU dcC dcr （t ）+-C （s ）u （t ）G （s ）y （t ）+-譏（s ）y （t ）＾图2电机侧变流器控制原理图Fig.2Control scheme of generator-side converter速度调节器电流调节器坐标变换PWM调制ω*-ωi*sdi *sq+-+-i sqi sdu *sd u *sqωθi坐标变换d d t+PMSG 到了广泛应用，但是PI 参数需要反复试验以确定最优参数。
增量式编码器在双馈风力发电系统中的应用
直驱风电系统PMSG有无速度传感器控制的比较
直驱风电系统PMSG 有无速度传感器控制的比较胡书举,许洪华(中国科学院电工研究所,北京100190)摘 要:为了研究直驱型变速恒频风电系统永磁同步发电机(PMSG )的控制特性,在分析背靠背变流器工作原理的基础上,详细讨论了有无速度传感器控制的工作原理,有传感器控制采用高精度增量式编码器,无传感器控制采用基于锁相环的控制策略对PMSG 的转速和相位进行观测。
通过仿真和实验验证了高精度增量式编码器及无速度传感器控制在直驱型风电系统中应用的有效性。
表明在直驱风电系统(WECS )中无速度传感器控制可以获得良好的控制效果,通过进一步优化能够替代高精度编码器参与控制。
关键词:直驱风电系统;PMSG;背靠背变流器;高精度增量式编码器;无速度传感器控制;锁相环中图分类号:TM310文献标志码:A 文章编号:100326520(2009)1223129208基金资助项目:“863计划”探索导向项目(2007AA05Z421);中科院电工研究所所长基金(0710141CS1)。
ProjectSupportedby “863”Exploration 2orientedProject(2007AA05Z 421),Director Fund Program of IEE ,CAS (0710141CS1).Comparison bet w een Encoder and Sensorless Control of PMSGfor Direct 2driven WECSHU Shu 2ju ,XU Hong 2hua(Instit ute of Elect rical Engineering ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190,China )Abstract :To research control characteristics of permanent magnet synchronous generator (PMSG )for direct 2driven variable 2speed constant 2f requency (VSCF )wind energy conversion system (WECS ),the principle of back 2to 2back con 2verters was discussed ,then the work principles of encoder and sensorless control were analyzed.The high 2precision incre 2mental encoder was used for encoder control and the PLL based strategy was adopted for sensorless control to determine the speed and phase of the PMSG.Moreover ,the validity of the applications of high 2precision incremental encoder and sensor 2less control in direct 2driven WECS was verified by simulation and experiment.Results show that the sensorless control can achieve good performance ,may substitute the encoder by further optimization for direct 2driven WECS.K ey w ords :direct 2driven wind energy conversion system ;permanent magnet synchronous generator (PMSG );back 2to 2back converter ;high 2precision incremental encoder ;sensorless control ;PLL0 引言采用背靠背全功率变流器作为直驱式风力发电系统全功率变流器具有优良的性能,通常使用数字化控制,控制方法灵活,具有四象限运行功能,可以实现对电机调速和输送到电网电能质量的优良控制[123]。
基于同步参考坐标系PLL的永磁直驱风电机组转速测量方法研究
创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application2021年17期基于同步参考坐标系PLL 的永磁直驱风电机组转速测量方法研究黄正，黄凌翔，胡书武，童剑雄（哈电风能有限公司风电研究所，湖南湘潭411102）直驱型风力发电系统采用风机直接驱动多极低速永磁同步发电机发电，然后通过全功率变流器将转换后的电能并入电网，相较于双馈异步电机风电系统，因其省去传动齿轮箱而提高了系统效率和运行可靠性[1]。
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor ，PMSM ）体积小、重量轻、效率高而且具有电磁转矩纹波系数小、高转矩惯性比、高能量密度、动态响应快、过载能力强等优点[2-3]。
永磁直驱风力发电机转速即轮毂转速是风电机组的关键控制参数，转速信号失真会造成风机控制紊乱，机组发电效率降低，故障率增加，情况严重时将导致其零部件的疲劳载荷加大、使用寿命缩短，同时对风机的安全性造成影响。
随着行业对长叶片机组需求量的增加、高塔技术与独立变桨技术的兴起，对发电机转速的测量精度、稳定性提出更高的要求。
如果发电机转速失真问题无法解决，也会对大容量与长叶片机组设计造成严重影响。
为了实现永磁直驱风力发电机组的高精度、高动态性能控制，需要实时获取转子的转速和位置信息。
在大多数永磁同步电机变速驱动系统中，传统的方法是通过一些轴传感器（如编码器、旋转变压器等）来获得转子状态信息[2-4]，但是这种机械式传感器会增加控制系统的成本，在可靠性方面也会有所降低。
一般陆上风机滑环安装于轮毂整流罩顶部或者发电机中心位置，转速编码器安装于滑环的定子端顶部。
由于滑环的安装方式，滑环的旋转与发电机旋转难以处于同心状态，这种偏心运动容易造成转速编码器损坏和转速信号测量失真。
另外，长叶片机组滑环的止动拨杆较长，止动拨杆刚性不足将带来转速波动噪声。
由于光电编码器轴承脆弱，受滑环的机械结构、安装方式与联轴器影响，容易出现转速波动与编码器损坏等问题，维护更换困难。
永磁直驱风电系统PMSG控制策略的实验研究
Experimental Research on Control Strategy of PMSG for Direct-driven Wind Power System
HU Shu-ju1，2
1)
LI Jian-lin2
2)
XU Hong-hua2
Graduate University of CAS, Beijing, 100049
中国电工技术学会策略的实验研究
胡书举 1，2
1)
李建林 2
许洪华 2
2) 中国科学院研究生院，北京 100049 中国科学院电工研究所，北京 100190 1) Email：hushuju@
摘
要
使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统目前的发展很快， 采用背靠背变流器作为直驱风电系统全功率变流
中国科学院电工研究所所长基金 （项目编号： 0710141CS1）
为一种发展很快的技术，国外对其进行的相关研究已 经较多，主要集中在变流器建模、控制算法以及如何 提高其故障穿越能力等方面[5-6]。大型的风电厂商已有 成熟的直驱风电变流器产品，国内对其进行的研究也 正在开展，因此很有必要对其进行研究。 本文对永磁直驱风电系统背靠背全功率变流器中 电机侧变流器的工作原理和 PMSG 的控制策略进行了 分析和说明，基于仿真软件 Matlab 构建了完整的系统 模型，对其稳态和动态性能进行了仿真分析；在实验 室构建了永磁直驱风电系统实验平台和电机侧变流器 系统，实现了电机侧变流器对 PMSG 的矢量控制，可 以方便地运行在发电或电动状态。
Institute of Electrical Engineering CAS, Beijing, 100190
Abstract: The development of direct-driven wind power system using permanent magnet synchronous generator (PMSG) is very fast, and the back-to-back converter has been paid much attention for its excellent performance. The work principle of the generator-side converter (GSC) and control strategy of PMSG are explained in detail, and the steady-state and dynamic performances are analyzed by simulation. The experimental prototype is built to achieve generation and motor state operation, and the vector control of PMSG is realized by generator-side converter. The simulation and experiment results show that using PWM converter as generator-side converter for direct-driven wind power system with PMSG, can achieve good control performance for PMSG and provide possibility to supply excellent power energy transmitted to power grid. Keywords: permanent magnet synchronous generator (PMSG); direct-driven wind power system; generator-side converter(GSC); high-precision incremental encoder; vector control
编码器在风电行业中的应用
编码器在风电行业中的应用一、引言随着煤炭、石油等常规能源的逐渐枯竭，人类越来越重视对新能源(非常规能源)的开发利用。
新能源是指传统能源之外的各种能源形式，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
其中风能以其独特优势而备受青睐。
相对其他新能源相比，风能具有三大优势：第一，储量大、分布广;第二，可利用性强，成本相对较低;第三，绿色能源，不污染环境。
作为一种利用风能的清洁能源，风电在环境保护日益重要的今天，发挥着越来越重要的作用。
近年来，全球风能市场每年以超过40%的速度快速发展，而中国也凭借丰富的风场资源和政府对新能源开发的大力支持，成为继欧美之后全球最重要的风能市场，这给中国风能装备制造业带来了发展机遇。
我国风能资源丰富，理论储量为16亿千瓦，实际可利用量达2.5亿千瓦，具有极大的发展潜力。
同时在国家的新能源发展规划中，将风力发电作为重点扶持行业，使我国风电行业拥有了更广阔的发展前景。
因此风电这几年一直保持着成倍增长，2008年风电机组增长率受到GDP影响，但也超过了80%，国产化的比率已经超过70%。
风能产业要想健康持续的增长，就要完成产业体系的建设，产业链的建设。
宜科公司抓住了机遇，适时开发出了顺应需求的产品路线和解决方案，并被成功应用于多个风电场中。
二、水平轴风力涡轮机组成基于对风能的更高效率采集及利用，目前风电行业主要采用水平轴风力涡轮机，其组成如右图所示：转子叶片：捕获风能并将其转换为转轴的转动能;转轴：将转动能转化为发电机的动能;变速箱：用于增加转子中心和发电机之间的转轴速度;发电机：利用转轴的转动能，通过电磁原理发电;偏航控制器(未显示)：移动转子使其与风向保持一致;制动装置：在出现电力超载或系统故障时停止转轴旋转;塔架：支撑转子和发动机箱，并将整个装置位置提升;三、风力发电的控制系统风力发电系统作为风能发电领域的核心环节，其技术革新至关重要。
目前主要采用恒速恒频和变速恒频风力发电机系统两大类。
一种带有隔磁装置的高精度多圈磁电绝对值编码器[实用新型专利]
![一种带有隔磁装置的高精度多圈磁电绝对值编码器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e636e02cf02d2af90242a8956bec0975f465a4ba.png)
专利名称：一种带有隔磁装置的高精度多圈磁电绝对值编码器专利类型：实用新型专利
发明人：杜卯春,何利,朱沛宁,熊朝阳,邹强,胡盛青
申请号：CN202122612434.5
申请日：20211028
公开号：CN216012267U
公开日：
20220311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种带有隔磁装置的高精度多圈磁电绝对值编码器，包括变速齿轮箱和第一磁感应电路板，所述第一磁感应电路板的底端外壁固定连接有第一螺柱，且第一磁感应电路板的底端外壁同时固定连接有第二螺柱，所述第一螺柱和第二螺柱的底端外壁固定连接有隔磁片，所述第一磁感应电路板的顶端内壁规定连接有第三螺钉，且第三螺钉穿过第一螺柱，所述第一磁感应电路板的顶端内壁固定连接有第四螺钉，且第四螺钉穿过第二螺柱，所述隔磁片的底端内壁固定连接有第一螺钉，且第一螺钉穿过第一螺柱。
本实用新型提供了一种新的第一磁感应电路板和隔磁片的连接方式，稳定性强，易于装配。
申请人：湖南航天磁电有限责任公司
地址：410200 湖南省长沙市望城区腾飞路二段1118号
国籍：CN
代理机构：北京弘权知识产权代理有限公司
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《电力牵引传动与控制》-2015-08-26(40学时)
➢ 调速性能优良，系统简洁。
➢ 直流牵引电机造价较高，但可靠性、维护 性相对较差。
➢ 受直流电机换向条件和机车限界、轴重等 限制，主发电机单机功率受到限制。一般 在2200KW以下。
➢ 车型：早期DF,DF2,DF3,ND1,ND2等。
图1-4 内燃机车直-直电传动
11
2. 交-直电力传动系统
内燃或电力机车采用交流牵引发电机或单相交流网及变压 器，通过整流器向数台直流牵引电动机供电的传动方式。
24
韶山8型电力机车
➢ 1994年研制的快速客 运电力机车，曾创造 了中国铁路机车的最 高速度240km／h
➢ 轴式Bo-Bo
➢ 额定功率3600kW
➢ 持续牵引力126kN
➢ 最大牵引力208kN
➢ 持续速度100km/h
➢ 最大速度170km/h
25
SS-9高速机车
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SS9G型客运电力机车
F·V=3.6η·N=const.
图 1-2 机车理想牵引 特性曲线（牛马特性）
8
3. 内燃机车电传动装置的功用
电传动装置的功用：
图 1-3 柴油机功率和扭矩特性
---柴油机通过机械直接传动不能适应 机车起动、过载、恒功等要求
➢ 充分利用和发挥机车动力 装置的功率；
➢ 扩大机车牵引力F与速度V 的调节范围；
六轴干线大功率准高速 客运交直传动电力机车。 采用了许多国际客运机 车先进技术，是我国干 线铁路牵引旅客列车功 率最大的机车
机车持续功率4800kW 最大功率5400kW 轴式C0-C0 牵引工况恒功速度范围
为99-160km／h 最高速度为170km／h
27
交流传动技术发展历程
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一种高精度增量式编码器在直驱风力发电系统中的应用胡书举1,2, 李建林1, 王剑飞1, 许洪华1(1.中国科学院电工研究所,北京 100080;2.中国科学院研究生院,北京 100049)摘 要:在使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统中,转子位置和速度的精确检测对实现高性能电机控制非常重要。
在转速较低时,常规增量式编码器难以满足测量精度的要求。
鉴于此,采用一种高精度的增量式编码器(RF53),其每转输出8192个脉冲,且与数字信号处理器(D SP)的接口电路简单,同时具有较强的抗干扰能力。
试验结果表明:采用RF53作为永磁直驱试验系统的编码器,可以获得良好的永磁电机控制性能,能够较好地满足试验中,在转速相对较低时(约200r/m in的中速运行范围)对码盘测量精度的要求。
关键词:直驱型风电系统;永磁同步发电机;矢量控制;增量式编码器中图分类号:TN762 TM315 文献标识码:A 文章编号:1673-6540(2008)04-0006-04Applicati on of a H i gh-Precision Incre m ental Encoderi n D irect-D ri ve W i nd Po w er Syste mH U Shu-ju1,2, L I J ian-lin1, WA NG J ian-fei1, XU H ong-hua1(1.I nstitute o fE lectrica lEngineeri n g CAS,Beiji n g100080,China;2.Graduate Un i v ersity of CAS,Beiji n g100049,China)Abstrac t:In direct-drive w i nd power sy stem using per m anentm agne t synchronous generator(P M SG),the pre-c ise detecti on o f rotor positi on and speed is much i m portant t o realize high-perfor m ance m otor contro.l Espec i a lly t o lo w-speed circu m stance,conventiona l inc re m enta l encoder i s d ifficu lt to sa ti sfy the requ irem ent o fm easurem ent reso-l u tion.T he re f o re a high-precisi on incre m enta l encode r w ith8192pu l ses per ro tati on is adopted,wh ich w ill be appli ed eas il y,and hav e si m ple i nterface w it h DSP and good perfor m ance against i nterfe rence and no ise.T he exper i m enta l re-su lts prove that us i ng RF53as encoder f o r d irect-dr i ve experi m ent sy stem,can ach i eve good PM SG control perfor m-ance,and sa ti sfy the m easure m ent requ irem ent o f experi m ent syste m ope ra ting at comparati ve l y low speed(abou t200 rp m).K ey word s:d irect-d rive w i nd po w er s ystem;p er manen t magne t syn chronou s generator;vector con tro;l incre m en tal encoder0 引 言在目前的变速恒频风电系统中,使用双馈异步发电机(DFI G)的双馈式系统和使用永磁同步发电机(P MSG)的直驱式系统占据主流地位[1]。
这些系统通常采用矢量控制方法,其中对转子位置和速度的检测是实现高性能控制的关键条件[2]。
光电旋转编码器具有良好的性能,可分为绝对式编码器、增量式编码器和混合式编码器。
其中增量式编码器主要用于测量转子速度;绝对式编码器主要用于测量转子的空间位置;混合式编码器是增量式编码器和绝对式编码器的组合。
增量式编码器结构简单,响应快,易于小型化;绝对式光电轴角编码器同增量式相比,具有固定零点,输出代码是轴角的单值函数,抗干扰能力强,掉电后再起动无须重新标定,无累积误差等优点,但是制造工艺复杂,成本较高,不易实现小型化;混合式编码器可以同时测量转子的空间位置和转速,功能齐全,但是结构较为复杂,价格相对较高[3]。
因此,增量式编码器作为一种性价比较高的器件,已经在风力发电系统中得到了较多应用。
实验室构建的直驱型风力发电系统变速恒频6运行,额定转速约为200r/m in,采用增量式编码器,输出信号经过简单的处理即可直接进入数字信号处理器(DSP)。
但是由于转速相对较低,采用常规的增量式编码器,难以满足测量精度的要求;采用模拟量编码器(如S i n/cos(正弦波)编码器)虽然可以极大地提高低速运行条件下的精度,但是码盘信号处理电路比较复杂[4]。
因此,本系统选择一种高精度的增量式编码器RF53。
其每转输出8192个脉冲,用于测量直驱风电试验系统中P M SG转子位置和转速,编码器与电机控制器之间接口电路简单,能够获得较好的控制性能。
1 增量式编码器光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
根据其刻度方法及信号输出形式,可分为增量式、绝对式以及混合式三种,目前应用非常广泛。
光电编码器由光源、码盘和光电接收器组成。
码盘是编码器中最重要的器件,由明暗相间的条纹构成;发光二极管等电子元件组成光源;由光电元件和接收处理元件检测并输出若干脉冲信号。
由于光电码盘与电机同轴,当电机旋转时,码盘与电机同速旋转,发光元件发出的光被码盘狭缝切割成断续光线,并被接收元件接收产生初始信号,该信号经接收电路处理后,输出脉冲或代码信号。
通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能获得当前电机的转速信息[5]。
增量式编码器的结构如图1所示。
增量式编码器直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z(A、B两组脉冲相位差90 ,Z为每转发出的一个脉冲)。
其优点有:原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输;其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
增量式编码器轴旋转时,有相应的相位输出,其旋转方向的判别以及脉冲数量的增减,需借助后级处理器的判断和计数来实现,其计数起点可任意设定,并可实现多圈的无限累加和测量。
通常当主轴以顺时针方向旋转时,A通道信号位于B通道之前;当主轴逆时针旋转时,A通道信号则位于B通道之后。
由此判断主轴是正转还是反图1 增量式编码器结构图转。
Z脉冲用于决定零位置或标识位置,可用于校正每转编码器产生的脉冲个数,进一步将误差控制在每一转之内,避免积累误差的产生。
当运行环境存在较强的电磁干扰,或编码器与接收系统之间存在很长的距离时,可采用长线驱动器线路。
数据的发送和接收在2个互补的通道中进行,使干扰受到抑制。
此外,总线驱动器的发送和接收都是以差动方式进行的。
因此,可以有效地抑制共模干扰,这种传送方式在采用直流5V系统时可与RS-422兼容,并且可以在恶劣的条件(电缆长,干扰强等)下使用。
2 8192脉冲高精度增量式编码器DANAHER(丹纳赫)8192脉冲高精度编码器RF53,通常用于无刷直流电机和无齿曳引牵引机。
其防护等级为I P54,直径为53mm,供电电源为直流5V,最大电流为100mA,为增量式编码器,换向功能可选;输出信号包括A、B、N、 A、 B、 N(N信号即为通常的Z信号),最大频率为100 k H z,图2为输出信号示意图。
顺时针旋转时A 超前B90 。
信号输出电路使用差分线路驱动器ET7272,其电路图如图3所示。
ET7272通常应用于光电编码器和工业控制中,能够适应比较恶劣的工作环境,驱动电缆可以超过100m,具有较高的可靠性;输出传送方式为RS-422。
图2 输出信号示意图在变速恒频风力发电系统中,为保证良好的7图3 ET 7272电路图电机控制性能,编码器的反馈信号必须能够提供足够的脉冲,保证良好的转速和位置测量精度。
当电机转速较低时,若采用传统的增量式编码器,在单位时间内产生的脉冲数量有限,对测量精度会造成较大的影响。
如:当同步速为1500r/m i n时,采用2048脉冲增量式编码器可以获得较好的控制效果,但是当同步速为200r/m in 时,再采用2048脉冲编码器就会使测量精度大大降低。
鉴于实验室的直驱风电系统额定转速为227r/m i n ,实际中可以对应半直驱风电系统的转速范围,因此采用RF53高精度增量式编码器,既可以保证较准确的测量精度,又能方便地获取码盘信号。
3 在直驱风电试验系统中的应用P M SG 结构简单,不需要转子励磁,效率高,便于维护。
由P M SG 和全功率变流器构成的直接驱动型风电系统,具有更高的效率和可靠性,能够适应更宽的风速范围,容易实现电网电压故障条件下的不间断并网运行[6]。
永磁直驱风电系统又可以分为低速直接驱动型(没有齿轮箱)和中速半直驱型(带有低变速比的齿轮箱)。
图4是直驱风电系统试验结构图。
以商用变频器、异步电机和减速机模拟风力机,驱动P M SG,通过背靠背全功率变流器与电网连接。
其中变频器采用西门子高性能矢量控制变频器,驱动三相笼型异步电机作为原动机,异步电机的额定转速为1480r /m i n ,减速机的降速比为6 1,P M SG 的额定转速为227r /m i n 。
电机侧变流器为三相脉宽调制(P WM )变流器,功率器件采用绝缘栅极晶体管(I GBT)。
图4 直驱风电系统试验结构图图5为电机侧变流器的控制结构图。
DSP 采用T M S320F2407。
由编码器RF53获取P M SG 的转速信息,输出A 、B 、Z 三路信号,经过码盘信号调理电路,进入DSP 的光电编码器接口。
其中信号调理电路对RF53的输出信号进行了隔离放大。
试验中只使用A 、B 、Z 信号即可满足控制要求。