永磁同步發電機與Boost斬波型變換器

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1、永體采麟姓步發電機與Boost斬波型變中換器作者姓名&笠名 2.L 一 _GB2312四號居中，空格分隔，單倍行距非線性速度控制耿強1夏長亮1, 2作者工作單位（高校要到院系一級，包括所在城市和郵1 編天津工業大學電工電能新技術天津市重點實驗室 2.字體采用10號仿宋2天津大學GB2312空格分隔，單倍行距摘要 直驅式永磁同步風電系統電機側變換器的一種 Boost斬波電路。此結構具有較強的非線性，采 持較好的動態性能。關鍵詞：表貼式永磁中圖分類號：TM315自動化工程學院天津小一號黑體， 哪段前1行，段后0.8行，單倍行距字體采用仿宋_GB2312 10號，單倍行天津首行縮進2字符，兩端對齊，

2、左 30007右）進2字符。中文摘要為獨立于正文的文字，應包括目的、方法、主要撲結構為結果管主要結論等內容，且用是第三PP控制器很難使人稱寫法常摘要篇幅為保300字左右。J電Boost斬波電路 |輸入-輸出反饋線性化最優控制理論中文關鍵詞（48個）字體采用仿宋_GB2312 10號，單倍行距空格分隔，首行縮進2字符，左右四號 Times New RcNaMnlinear Speed Control for a Permanent進Ma字net Synchronous粗字體，居中排，單倍行 距ator and the Boost-Chopper ConverterGeng Qiang 1 Xia

3、 Changli(1.Tianjin Key Laboratory of Advanced Technology of Electrical Engineering anTianjin Polytechnic University Tianjin 300387 China2. Tianjin University Tianjin 300072 China)10 號 Times New Roman 字 ei體，斜體，居中排，單倍行距Abstract A diode bridge rectifier followed by a boost chopper circuit is a common t

4、opology of the generator side converter for irect driven permanent magnet synchronou s generator (PMSG)-based wind ersion system(WECS). Owing to its strong nonlinearity, it is difficult10 號 TimesfoiethRomatbn字 tomaintain good dynamic performance within a normal operating range under the 體，居中排ordinar

5、y proportional-integral(PI) controller.Keywords : Surface permanent magnet synchronous generator (SPMSG), Boost chopper circuit, input-output feedback linearization (IOFL), optimal control theory標題3黑體小四，左對 齊，段前8pt，段后8pt， 近年來隨著風力發電技術的掬速發展，風能在 能源中所占的比重也迅速上升。1996年2006年的 十年間，全球風電裝機容量年平均增速為28.6%截止到2007年末

6、，全球風電裝機總容量已接近 94000MWE。直驅式永磁風力發電系統具 小、可靠性高和維護成本低等優點直驅式永磁風力發電系統中一種常見的拓撲結 構如圖1所示3，其電機側變換器由二極管整流橋 和Boost斬波電路組成，為敘述方便，文中將此結0引言構稱0正文用雙欄波型變欄寬相等，寬度為 22字符，間距147字符，一采用宋體_ 10pt，英文用 1兩端對齊，10pt，Time/Nw Roman 字體，單倍行距。de，A首行縮進公字永磁同步 發電機逆變器電網圖1 Boost斬波型直驅式永磁風電系統拓撲結構圖Fig.1 Topology of the direct driven PMSG-based w

7、ind energy conversion system with boost-chopper converter6號宋體，左對齊，行距13磅國家自然科學基金重點資助項目（51037004），收稿日期2011-04-22改稿日期2011-08-10國家自然科學基金（51077097）和天津市科技支撐計劃重點資助項目（10ZCKFGX02800）。圖 1 中，uA、UB、UC分別為發電機定子端電壓；間旋轉坐標系，以角速度 eudc為軸重合。S為 Boost逆時針旋轉；vPM與do圖中中I字流橋輸珀電壓;文中為電感電流； 直英蹴電壓血為BRom電路升壓電感； I電路功率器件；。為直流側電容。r與三

8、相橋式全控變換器相比，Boost斬波型變換 器成本較低，結構較為 能在一定風速范圍內實簡圖說系統可靠性較居中排， 現最大風能捕獲，很多學者已經對此類變換器進彳永磁同步發電機、二極管整流橋和Boost斬波電路均具有較強的非線性，目前的控制策略多為普 通的比例積分(Proportional-Integral，PI)控制4-7。 普通PI控制器具有設計簡單和適用性好等特點，但(b)空間矢量圖等效電路和空間矢量圖圖2 SPFig.2 The equivalent circuit and space vector diagram of SPMSG在發電機每個電氣周期內，二極管整流橋具有SG等效電路其是基

9、于目標誤差的控制器，僅考慮了系統在某血表穩用模型號黑體了英文和數字用小五號時則C運行狀態,而具有動態響Tmest的缺Roma且菲線性系統的中排PI 參數難于整定，很多參數通過經驗和試算得到，這 給實際應用帶表文中文難六號宋體，英文用6號Times 反饋線性化是一種n較為體。見的非線性控制方 法，其核心思想是通過狀態反饋和非線性變換將非_ 線性系統代數地轉換為全部或部分的線性系統，從 而可以應用比較成熟的線性系統控制方法。由于在 轉換過程中并沒有采用線性逼近的方法，即沒有忽 略高階非線性項，因此該方法精確度較高。反饋線 性化已廣泛應用于電力電子8-11、電機控制12-14和 分布式發電15等多個

10、領域。在現有的基礎上，以表貼式永磁同步發電機(Surface Permanent Magnet Synchronous Generator， SPMSG )為研究對象，首先根據二極管整流橋的換 相點，將發電機每個電氣周期分為6個區間，在每 個區間內對發電機和 Boost 斬波電路進行整體非線 性建模；然后分區間利用輸入-輸出反饋線性化方法 將非線性系統轉換為線性系統；最后根據線性最優 控制原理對變換后的線性系統設計轉速控制器，使 系統具有良好的動態和穩態性能。-.6個換相點。忽略換相續流過程，將 A相和B相同 二導通且電流由A相流向B相的區間稱為AB區間，I每個電氣周期可依次分為AB、AC、B

11、C、BA、A和CB共6個區間，每個區間內的電壓及電流關表1。表1不同區間內電壓電流關系The relationship between voltagesand currents in different intervals區間u0iAi piCABUAU BiLiL0ACUAUCiL0iLBCUBUC0iLiLBAUBUAiLiL0CAUCUA-iL0iLCBUCUB04妃以AB區間為例，由式(1)、式(4)和表1整 理可得sinPM(nA1.1系統數學模型|標題4采用10號黑體，英文和數字用 Times New Roman加粗潮矢量圖如圖倍帛所示，圖SPMSG數學模型SPMSG等效電路及%、

12、eC分0為發電機定子相反電動勢; ic分別為發電機定子相電流；中，B、等效相電感；Rs為發電機定子等效相電阻；WpM為 發電機轉子磁鏈:氣和9e分別為發電機轉子電氣角 速度和電氣角位置；A、B、C為三相靜止坐標系， 其方向為發電機定子繞組空間軸線方向；d、q為空，A、Ls為發電機定子di2 RL = sdt2 Ls + Lu u ,公式用 10pt( Timdc Newt-Roma )字2 L + L 2L + L體，上、下標用s7pt，次上、s下標用 由式(2)、式(3)和表1 6pt，付號用17pt，次付號擊1對齊。3 W PM sin2 Ls + Le整理可得序號的括號用全角 ,d e

13、=j -i -J w + JT (6 )1.1.1%.單區間仿射非線性系統標準型實際系統中，系統采樣頻率為發電機電氣頻率 100倍以上 因題此可號采用電機電W看作緩慢 變化的常量,以粗字B區間號為例，左將發電機 度和電感電流看行作狀態變量，以占空比為輸入變量，3 11pt，右；、，右對齊電氣角速以發電機電氣角速度為輸出變量，作如下變量替換(7)entIEEE3，2=氣u = d4結論針對由表貼式永磁同步發電機、二極管整流橋 和Boost斬波電路組成的強非線性系統，分區間建 立了整體非線性數學模型，并在單區間內采用輸入- 輸出反饋線性化方法將非線性系統轉換為線性系 統，在此基礎上設計了轉速線性最

14、優控制器。該設 計方法的數學轉換過程較為簡單，雖然涉及較多參 數，但大部分參數可以預先計算；線性最優控制器 的設計理論較為成熟，系統參數整定方法較為簡單, 且不同區間內控制器的參數相同。論點：在有公共支路的兩磁路中，既有兩磁通 同向支路，也有兩磁通用向支路。容用宋體證日兩磁路的方向在共支路明a-i-s體，用內容用宋體II兩磁路 調整TSMC的輸出，達到輸出方波電流、使電機快速起 動至給定轉速的目的；實驗驗證了本文所提的控制策略 的正確性，為TSMC-S/G系統的進一步研究與實踐奠定 了基礎。參考文獻1 Xia Changliang, Song Zhanfeng. Wind energy in

15、China:ent enario and future perspectives.Renewable and Sustainable_2009,參考文獻小五8字，9左對齊74.應哂最近Zha年勺論文且按文K出現謎面斷瞄薩引喝；懸al. 后的右上角標明參考文獻序號,rot!文獻grid10St以face system fo 書類：序號pMSS-byed反次ww版地:tu出版者，出盛羸。叩. 期刊類：序號ans作者論文朝 棚盆出版年ectft(i糧:316-328.胡書舉，李建林，許洪華.永磁直驅風電系統變流器拓撲分析J.電力自動化設備，2008, 28(4): 77-81.方向在公共支路a-d-

16、b上必然相反。驗證：得到有公共支路兩磁通方向體異同關系宋體Hu Shuju, Li Jianlin, converter configuration system with PMSGJ.Xu Honghua.for direct-driveElectric PowerAnalysis ofwind powerAutomation附錄仿真系統參數SMC錄調制策略相號黑體控制中排，并 自的特點；Equipment, 2008, 28(4): 77-81.作者簡介耿 強 男，1978年生，博士，講師，研究方向為風力發電機系統及其控制。E-mail : gengqiang夏長亮 男，1968年生，教授，博士生導師，研究方向為電機系統及其控制。I E-mail : motor (通信作者)I 、版心:17.2*24.6cm作者姓名字體采用6號楷體_GB2312，性別， 出生年，學歷，職務，研究方向等，中文字 體采用6號宋體，英文用6號Times New Roman字體。(1)本文研究了 TSMC-S/G系統起動時TSMC的調制 策略，針對系統的拓撲特點，給出了兩種可行的同步電機三 相六拍式工作方式與T 分析了兩種調制策略各(2)推導了直流母線容用與開號宋體的數學關系，為 今后研究各種調制方式對起動過程的影響奠定了基礎。(3)利用占空比作為系統閉環調節的中間變量及時