MW级风电机组电伺服变桨系统伺服驱动器研究

【摘要】：风力发电机组中的变桨系统是风电机组安全运行和功率控制的重要执行结构，对风机的安全、高效、稳定运行起着举足轻重的作用。 电动伺服变桨距系统主要由变桨主控、伺服驱动器、备用电源、永磁同步电机组成。电动变桨距系统中，每个伺服驱动器通过永磁同步电机单独驱动一个桨叶，能实现桨距角的独立控制。 本文对永磁同步电机的结构和分类进行了概述，建立了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型模型，分析和对比了永磁同步电机的不同控制方法，对矢量控制的方法及其实现方式进行了研究。 对不同的永磁同步电机转子位置观测方法进行了研究，分析了其优缺点。永磁同步电机转子位置观测采用了脉振高频电压注入的方法。针对脉振高频电压注法不能实现对转子极性识别的问题，对方法进行了改进，利用永磁同步电机定子绕组电感的不饱和效应，通过对d轴高频电流的处理，可以实现对转子的极性的识别。对所提出的改进方法进行了理论分析。 完成了变桨伺服驱动器的硬件系统、软件系统设计，搭建了变桨伺服驱动器实验平台。实验表明，伺服驱动器具有较好的动态响应性能；对所研究的观测器进行了实验验证，实验结果表明观测器能实现对永磁同步电机的转子位置和转子极性准确的识别。 【关键词】：风力发电 变桨距 伺服驱动器 永磁同步电机 无位置传感器
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题背景及研究意义11-17
• 1.1.1 国内外风电发展现状11-15
• 1.1.2 国内外风力发电机组变桨系统发展现状15-17
• 1.2 国内外永磁同步电机伺服驱动器研究现状和发展趋势17-22
• 1.2.1 永磁同步电机伺服驱动器研究现状18-20
• 1.2.2 永磁同步电机伺服驱动器发展趋势20-22
• 1.3 本文研究内容22-23
• 第二章 PMSM 数学模型及控制策略研究23-44
• 2.1 永磁同步电机的结构和分类23-24
• 2.2 永磁同步电机的数学模型24-31
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型25-27
• 2.2.2 两相静止坐标系下的数学模型27-29
• 2.2.3 两相旋转坐标系下的数学模型29-31
• 2.3 永磁同步电机的控制策略研究31-36
• 2.3.1 永磁同步电机控制策略分析31-32
• 2.3.2 i_d=0控制方法实现32-36
• 2.4 空间电压矢量调制方式36-44
• 2.4.1 空间矢量调制的原理37-41
• 2.4.2 SPWM 和 SVPWM 调制方式比较41
• 2.4.3 SVPWM 在微处理器上的实现41-44
• 第三章 变桨永磁同步电机转子位置观测器研究44-56
• 3.1 永磁同步电机转子位置观测器研究现状44-46
• 3.2 脉动高频电压注入法转子位置观测器研究46-56
• 3.2.1 永磁同步电机饱和特性分析47
• 3.2.2 脉动高频电压注入法转子位置及转速观测47-53
• 3.2.3 PMSM 转子极性的识别研究53-56
• 第四章 变桨永磁同步电机伺服驱动器的软硬件设计56-89
• 4.1 变桨伺服驱动器系统框架设计56-58
• 4.2 变桨伺服驱动器硬件设计58-76
• 4.2.1 DSP TMS320F28335 介绍58-62
• 4.2.2 基于 DSP 的控制平台设计62-66
• 4.2.3 功率电路和驱动电路设计66-70
• 4.2.4 模拟量采集电路设计70-74
• 4.2.5 开关量输入输出电路设计74-76
• 4.3 变桨伺服驱动器软件设计76-89
• 4.3.1 CAN 总线应用层协议——CANopen 协议设计76-83
• 4.3.2 变桨伺服驱动器状态机设计83-86
• 4.3.3 变桨伺服驱动器程序设计86-89
• 第五章 实验分析和验证89-97
• 5.1 变桨永磁同步电机驱动实验89-93
• 5.1.1 变桨伺服驱动器样机89-90
• 5.1.2 负载平台的搭建90
• 5.1.3 变桨伺服驱动器带载实验90-93
• 5.2 变桨永磁同步电机转子位置观测实验93-97
• 5.2.1 变桨永磁同步电机转子极性识别实验93-95
• 5.2.2 变桨永磁同步电机零速下转子位置观测及极性识别95
• 5.2.3 变桨永磁同步电机非零速下转子位置观测95-97
• 第六章 总结与展望97-98
• 参考文献98-101
• 致谢101-102
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文102-104

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