基础知识
通过赵仁德、刘其辉两位老师的博士论文,学习了风力发电机的基础知识、PWM变换器的建模与控制、DFIG的建模与控制,以及最终最大风力追踪实现的机理,做了比较详尽的笔记。
此外,和吴涵学长交流之后在学长的建议下自主学习了《复变函数与拉普拉斯变换》并阅读了《自动控制原理(第七版) (胡寿松) 》部分章节的内容,对控制理论有了一个初步的了解。
目前无位置传感器控制方法综述
位置和转速传感器在成本、维护、鲁棒性以及接线方面有诸多劣势,对于海上风电而言更是如此。为了实现无位置传感器控制,文献提出了许多控制策略,可以分为一下三种:
开环无传感器控制方法
应该是一种比较粗糙的控制方法,只在少数文献中出现
比如杨春等在《双馈风力发电机无位置传感器矢量控制的策略》提到了一种通过采集电网电压、定子电压、转子电流实现定子磁链位置估计,根据定子磁链的位置进行转子位置估计的方法。简单来说,开环的无传感器控制可以认为是用其它的观测量(比如定子转子的电流电压磁链)等套用一个简单的数学公式算出转子的位置。《双馈异步风力发电机新型无位置传感器控制方法》,A Novel Position-Sensorless Algorithm for Field-Oriented Control of DFIG With Reduced Current Sensors等文对此做出了改进,提出了一种仅需测量定子电压和转子电流作为反馈量的方法,减少了传感器的数量。
这种方式的原理比较容易理解,但是它的缺陷也是显著的。后面的许多文献的introduction部分都有提到,这种开环控制的方法传感器数量偏多(即使有文献已经做出了改进)、依赖电机的参数、鲁棒性差、在同步转速附近表现差,就所搜集到的文献来看已经被其它更先进的控制算法取代。
闭环无传感器控制方法
MRAS(模型参考自适应算法)
这是一大类算法,也是在文献中应用最多的控制策略。关于MRAS的基础知识整理在这篇笔记中。MRAS算法可以根据所比较的变量y进行进一步的分类。
- 定子磁链MRAS
- 定子电流MRAS
- 转子电流MARS(RCMO,a rotor current MRAS observer)
- 转子磁链MARS
- 反电动势 back-EMF MRAS
- PLL-Based Sliding Mode Observer Estimators for Sensorless Control of Rotor-Tied DFIG Systems这一篇用了BEMF_based MRAS 和滑膜控制&&PLL(看得不是很明白)
- Torque Based MRAS observer(TBMO)
- 气隙磁链MARS,比如浙大的这一篇《双馈电机直流并网系统无位置传感器运行策略》
RPLL(Rotor Position PLL)
利用锁相环去实现无传感器控制也是一种重要的方法。(PLL原理在这篇笔记中)Sensorless Maximum Power Point Tracking of Wind by DFIG Using Rotor Position Phase Lock Loop一文指出,基于PLL的方法不仅不需要位置传感器,而且对电机参数不敏感(只需要一个电感参数就可以工作),并且对电信号测量的噪声也不敏感,具有良好的鲁棒性。Rotor Position Phase-Locked Loop for Decoupled P-Q Control of DFIG for Wind Power Generation一文中运用了一种稍有不同的PLL方法得出了完全类似的结论。
其它无传感器控制方法
- 用滞环控制、滑模控制、模糊控制取代传统的PI控制
- 在A DFIG Sensorless Rotor-Position Detector Based on a Hysteresis Controller一文中,作者用滞环控制器取代了PI控制器,因为滞环控制器的设计不需要像PI控制器一样的参数整定,因此对电机参数的依赖程度较低,有更好的鲁棒性。
- A DSE-Based SMC Method of Sensor less DFIG Wind Turbines Connected to Power Grids for Energy Extraction and Power Quality Enhancement一文中,作者采用了一种动态状态估计的滑膜控制的方法以实现高风速条件下良好的性能以及提高输出电能质量的目的。
- 康忠健等在《基于转子电流的模型参考自适应模糊控制双馈风力发电机转子位置观测器设计》一文中引入了参数自整定的模糊PI控制技术,提高了控制策略的动态品质。
- 气隙有功无功控制
- Air-Gap-Power-Vector-Based Sensorless Method for DFIG Control Without Flux Estimator一文中提出了一种只需要测量转子电流和估算气隙功率矢量(包括有功功率和无功功率的矢量)的方法。这种方法可以被用在定子电压或者定子磁链定向的同步旋转坐标系中,可以用PI控制器也可以用滞环控制器。
- 应该也用的是一种MRAS的方法
- 直接转矩控制(DTC)
- 上面的讨论都是基于矢量控制的。辽工大的这一篇《无传感器双馈异步风力发电机直接转矩控制》采取了直接转矩控制+MRAS的方法。DTC对参数的浮动不会很敏感,还能省去复杂的坐标变换,电压开关矢量的优化使得逆变器的开关频率和开关损耗也会降低。
- 模块化少
- 稳态性能差(比FOC)
Summary
总体来看,用得最多的还是基于矢量控制的MRAS方法,在这个语境下改进的方向有:选取不同的observer;采用滞环控制器、滑模控制、模糊PI控制等方法取代传统的PI控制。
Problem
- 很多方法了解的比较浅,只是理解了控制的原理,对于不同控制方法的优势、劣势没有很好的了解(当然本质上还是了解不够深的缘故)。
- 专业课没学,看得很吃力。
Solution
- 把剩下没看明白的文献看完,对各种控制方法有一个更好的全局的掌握;
- 每一类方法精读一篇弄明白,自己动手推导;
- 继续补一下《自动控制原理(第七版) (胡寿松) 》的内容