一種無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速估計(jì)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型交流感應(yīng)發(fā)電機(jī)，與有刷雙 饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)相比，無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)取消了電刷和滑環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可靠性高的 優(yōu)點(diǎn)，既能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立發(fā)電也能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，在船舶軸帶發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等領(lǐng)域 具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)具有兩套極對(duì)數(shù)不同的定子繞組和一個(gè)特殊 的轉(zhuǎn)子。這兩套定子繞組分別稱為功率繞組（powerwinding，以下簡(jiǎn)稱PW)和控制繞組 (controlwinding，以下簡(jiǎn)稱CW)，它們之間沒(méi)有直接的電聯(lián)系，而是通過(guò)轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)兩者之 間的磁耦合。
[0003] 要實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效的控制，對(duì)其轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確獲取是必不可少 的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有獲取無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)都是通過(guò)速度傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，或通 過(guò)位置傳感器測(cè)量出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)后再進(jìn)一步處理得到轉(zhuǎn)速。然而，速度傳感器或位置傳 感器的安裝會(huì)給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)帶來(lái)不良影響，主要有以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
[0004] (1)增加了系統(tǒng)硬件的成本和復(fù)雜性以及硬件維護(hù)成本；
[0005] (2)速度傳感器和位置傳感器容易受工作環(huán)境的影響，而無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的 運(yùn)行環(huán)境往往比較惡劣，因此速度或位置傳感器的安裝降低了系統(tǒng)的可靠性；
[0006] (3)在電機(jī)軸上安裝速度或位置傳感器會(huì)增大電機(jī)軸向體積，降低了系統(tǒng)的機(jī)械 魯棒性；
[0007] (4)如果速度傳感器或位置傳感器與電機(jī)軸的同心度不高，會(huì)影響傳感器的壽命 以及轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量精度，這對(duì)傳感器安裝的同心度提出了極高的要求。
[0008] 因此，為了提高無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的魯棒性，降低系統(tǒng)的硬件成本，有必要 設(shè)計(jì)出新的系統(tǒng)來(lái)估計(jì)無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0009] 以下對(duì)本發(fā)明中有關(guān)概念加以解釋：
[0010] abc坐標(biāo)系：為電機(jī)控制中常用概念，具有相交于原點(diǎn)的a軸、b軸和c軸三個(gè)坐標(biāo) 軸，這三個(gè)坐標(biāo)軸在空間靜止且互差120度對(duì)稱分布，按順時(shí)針?lè)较?，依次為a軸、b軸和c 軸；
[0011] 兩相靜止坐標(biāo)系：為電機(jī)控制中常用概念，具有相交于原點(diǎn)的a軸和0軸兩個(gè)坐 標(biāo)軸，這兩個(gè)坐標(biāo)軸在空間靜止且互差90度，按逆時(shí)針?lè)较?，依次為a軸和0軸；
[0012] 本發(fā)明中，a軸和a軸重合；
[0013] 電壓正序基波分量：當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)，它可以分解為正序分量、負(fù)序分量和零 序分量；各分量中均包含基波分量和諧波分量，電壓正序基波分量是指電壓正序分量中濾 除了諧波分量之后的部分；
[0014] 電流基波分量：電流包括基波分量和諧波分量，電流基波分量是指電流中濾除了 諧波分量之后的部分；
[0015] PI控制器：為電機(jī)控制中常用概念，本發(fā)明中第一PI控制器、第二PI控制器的形 式均為kp+kii，其中，kp為比例增益，ki為積分增益，S為拉普拉斯算子，它對(duì)控制目標(biāo)的s 給定值與反饋值之間的偏差分別進(jìn)行PI控制器所給出的比例運(yùn)算和積分運(yùn)算，然后將比 例運(yùn)算和積分運(yùn)算的結(jié)果相加構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。kp及ki的調(diào)試方法為：
[0016] 先將ki設(shè)為0,然后逐漸增大kp直到控制目標(biāo)出現(xiàn)超調(diào)為止，kp不再變化，然后 再逐漸增大ki，直到控制目標(biāo)的調(diào)節(jié)時(shí)間達(dá)到用戶的需求為止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明提供一種無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)系統(tǒng)，目的在于省去無(wú)刷雙饋感應(yīng) 發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)子位置傳感器，提高無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的魯棒 性，降低系統(tǒng)的硬件成本和維護(hù)成本，以實(shí)現(xiàn)無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在獨(dú)立和并網(wǎng)發(fā)電模式 下空載、帶三相對(duì)稱負(fù)載、不對(duì)稱負(fù)載和整流橋負(fù)載等各種工況下都能對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行準(zhǔn)確估 計(jì)。
[0018] 本發(fā)明所提供的一種無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)系統(tǒng)，其包括電壓變換模塊、 電流變換模塊、PW電壓正序基波提取器、CW電流基波提取器、電壓幅值歸一化模塊、電流幅 值歸一化模塊、相位混合器和轉(zhuǎn)子位置鎖相環(huán)；
[0019] 所述電壓變換模塊將abc坐標(biāo)系下的PW的a相電壓ula、b相電壓ulb和c相電壓 七。變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的a軸電壓分量Ula和0軸電壓分量Uip，送至所述PW電壓 正序基波提取器；
[0020]
[0021] 所述電流變換模塊將abc坐標(biāo)系下的CW的a相電流i2a、b相電流i2b和c相電流 i2。變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的a軸電流分量i2a和0軸電流分量i2P，送至所述CW電流 基波提取器；
[0022]
[0023] 所述PW電壓正序基波提取器對(duì)ula和ulfi濾除諧波的同時(shí)提取出正序基波a軸 分量《!+?/和正序基波0軸分量，送至所述電壓幅值歸一化模塊，以避免PW電壓畸變對(duì) 無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)精度的影響；所述PW電壓正序基波提取器同時(shí)還求出PW電 壓正序基波的估計(jì)頻率命，送至CW電流基波提取器；
[0024] 所述CW電流基波提取器首先根據(jù)為和無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速估計(jì)值計(jì)算 CW電流基波頻率的估計(jì)值&，然后根據(jù)&對(duì)i2a和i2fi進(jìn)行自適應(yīng)濾波得到CW電流基波 a軸分量i2af和CW電流基波0軸分量i2Pf，送至所述電流幅值歸一化模塊，以避免CW電 流中的諧波對(duì)無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)精度的影響；
[0025] 所述電壓幅值歸一化模塊將仏+^和^^^歸一化為幅值為1的余弦量cos 0 :和正 弦量sin9 1:
[0026]
;;其中9 ^PW電壓正序基波的真實(shí)相位；
[0027] 所述電流幅值歸一化模塊將i2af和i2"歸一化為幅值為1的余弦量cos0 2和正 弦量sin9 2:
[0028]
卜其中02為CW電流基波的真實(shí)相位；
[0029] 所述電壓幅值歸一化模塊和電流幅值歸一化模塊可以使得轉(zhuǎn)子位置鎖相環(huán)中的 PI控制器的性能不受PW電壓幅值和CW電流幅值變化的影響，保證了本發(fā)明的魯棒性；
[0030]所述相位混合器計(jì)算正弦值sin( 0片0 2)和余弦值cos( 0片0 2)，并將它們送至 所述轉(zhuǎn)子位置鎖相環(huán)；
[0031]sin( 0j+ 0 2) =sin( 9 :)cos( 9 2) +c〇s( 9 :)sin( 9 2)
[0032] ；
[0033]cos( 0j+0 2) =cos( 9 :)cos( 9 2)_sin( 9 :)sin( 9 2)
[0034] 所述轉(zhuǎn)子位置鎖相環(huán)根據(jù)sin( 0d0 2)和cos( 0d0 2)得到無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速估計(jì)值命.。
[0035] 所述的無(wú)刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于：
[0036] 所述PW電壓正序基波提取器包括第一廣義積分器、第二廣義積分器、正序分量計(jì) 算模塊、PW電壓鎖相環(huán)；
[0037] 第一廣義積分器濾除ula中的高次諧波得到a軸電壓基波分量ulaf，并對(duì)其進(jìn)行 90°的相角偏移，得到a軸移相電壓基波分量qulaf，將ulaf和qulaf送至正序分量計(jì)算模 塊；
[0038] 所述第一廣義積分器為自適應(yīng)二階廣義積分器，包括加法器A1、比例器P1、加法 器A2、比例器P2、比例器P3、積分器II和積分器12;
[0039] ula和ulaf輸入加法器A1，進(jìn)行ula_ulaf運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果送入比例器Pl， 比例器P1的運(yùn)算結(jié)果kX(ula-ulaf)與比例器P3的運(yùn)算結(jié)果qulaf送入加法器A2， 加法器A2的運(yùn)算結(jié)果kX(ula-ulaf)-qula送至比例器P2,比例器P2的運(yùn)算結(jié)果 (h(Mla-Mla/)-gMla)x命經(jīng)積分器n進(jìn)行積分運(yùn)算后得到a軸電壓基波分量屮…ulaf輸出至正序分量計(jì)算模塊，同時(shí)送至積分器12做積分運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果送至比例器P3， 與PW電壓正序基波分量的估計(jì)頻率今相乘后，比例器P3輸出結(jié)果為a軸移相電壓基波分 量qulaf，qulaf輸出至正序分量計(jì)算模塊，同時(shí)還送至加法器A2;其中，今為第一廣義積分 器的諧振頻率，〇 <阻尼系數(shù)k< 2,k值越大，第一廣義積分器的響應(yīng)越快，但濾波效果越 差，折中考慮，一般選取灸=
[0040] 第二廣義積分器濾除ulfi中的高次諧波得到0軸電壓基波分量^^，并對(duì)其進(jìn)行 90°的相角偏移，得到0軸移相電壓基波分量qu1Pf，將u1Pf和qu1Pf送至正序分量計(jì)算模 塊；
[0041] 所述第二廣義積分器與第一廣義積分器組成完全相同，區(qū)別僅在于以u(píng)lfi、Ulfif、 qu1Pf分別代替ula、ulaf、qulaf;
[0042]正序分量計(jì)算模塊計(jì)算正序基波a軸分量和正序基波|3軸分量，并將 它們送至PW電壓鎖相環(huán)；
[0043]
[0044]
[0045] 所述PW電壓鎖相環(huán)包括乘法器M1、乘法器M2、加法器A3、第一正弦計(jì)算器、第一余 弦計(jì)算器、第一PI控制器、加法器A4和積分器13，
[0046]分別將表示為cos^pCT^sinM，其中，[/&表示PW電壓正序基波 分量的幅值，9 :表不PW電壓正序基波分量的真實(shí)相位值；
[0047] 分別輸入乘法器M1、乘法器M2,第一正弦計(jì)算器計(jì)算相位估計(jì)值g的 正弦值sin^送至乘法器M1，第一余弦計(jì)算器計(jì)算相位估計(jì)值^^余弦值cosg送至乘法器 M2 ;乘法器Ml將<^Xsin么作為加法器A3的一個(gè)輸入，乘法器M2將！^yXcos