第27卷第5期
农业工程学报
Vol27 No 5
2011年5月
Transactions of the CSAE
Mav.2011
111
基于
无刷直流电机的
风力机转矩模拟
郭天勇,赵庚申,赵羅,程如岐,赵二刚,祁超
(南开大学天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室,天津300071)
摘要:针对风力发电技术的研究受到自然条件制约的问题,该文提出了一种新的利用无刷
直流电机来代替风力机的模
拟方案,通过控制
无刷电机直流侧电流的方式实现转矩控制,电流环采用径向基函数神经网络与PI调节相结合的控制策
略。利用 Matlab/ Simulink建立系统仿真模型,并搭建了基于DSP控制的无刷直流电机+永磁发电机的硬件平台,仿真和
试验结果都与理论转矩相吻合,并有效降低了无刷电机的转矩脉动。该方法控制简单、精度高,为实际模拟系统的设计
提供了一种新的思路。
关键词:无刷直流电机,风力机,转矩,模拟,径向基函数,永磁发电机,转矩脉动
doi:10.39699,n.1002-6819.2011.05.018
中图分类号:TK8;TM3
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(201)-05-011106
郭天勇,赵庚申,赵,等.基于无刷直流电机的风力机转矩模拟[].农业工程学报,2011,27(5):111-116.
Guo Tianyong, Zhao Gengshen, Zhao Yao, et al. Torque simulation of wind turbine based on brushless DC motor[ J]. Transactions
of the CSAE, 2011, 27(5): 111-116.(in Chinese with English abstract)
0引言
基于无刷直流电机模型的风力机模拟系统,最后对基于
RBF神经网络整定的智能控制算法进行了仿真验证,
风能作为一种绿色可再生能源,已经受到世界各国并通过基于DSP的硬件平台来验证系统的可行性。
的日益重视,因此对风能发电技术的研究就显得越来越
重要。目前,在不具备风场条件的实验室大多采用直流
模拟系统的特性分析
电机1?或异步电机来模拟风力机。由于无刷直流电机1.1风力机的特性
用电子开关线路换相,具有工作特性好、可靠性高和
由空气动力学,风力机从风中捕获的机械功率为
调速范围广等特点,可代替直流电机以及异步电机调速
等场合,所以本文采用无刷直流电机进行风力机的转矩
PC, a, B)TRT
模拟。
风力机的输出转矩为
无刷直流电机是一个多变量、非线性的控制对象,
难以建立精确的数学表达式,而传统I难以适应参数变
。、P30P15pC,(1,D)RT
化、干扰众多的控制系统,且难以获得理想的控制效果,
7
同时由于无刷电机输出转矩具有脉动特性,文献[9采用式中,P为风机输出功率,W;p为空气密度,kg/m2;R
新型PWM-ON-PWM调制方式,需要额外增加一路位置为风轮半径,m;V为风速,m/s;wr为风轮角速度,ra/s
传感器或使用高精度位置检測元件,增加了系统的复杂n为风轮转速, r/min;T为风机输出转矩,Nm:Cp(の)
度;文献[1?中逆变桥采用恒通方式,在逆变桥输入端加为风能利用系数,它是叶尖速比入和桨距角B的函数2],
上BUCK变换器,增加了系统成本。本文采用基于径向且-wRV,它存在一个最优叶尖速比,若保持其不变,
基函数( radial basis function,RBF)神经网络和PI调节可实现最大风能捕获
相结合的智能控制方法。RBF神经网络是一种局部逼近
图1a是根据式(2)建立的风力机模型,当桨距角P=0
的神经网络,已证明它能以任意精度逼近任意连续函数时,根据典型小风力机参数,利用建立的风力机模型
,具有学习速度快且能避免局部极小问题等优点。因可以得到不同风速对应的风力机输出转矩特性曲线,如
此,将RBF神经网络和I相结合在线调整PI参数的控图1b所示。
制方式可以保证系统的稳定性和提高系统的控制精度,1.2无刷直流电机的特性
从而扩大无刷电机的应用范围。
本文是针对电机工作于二相导通,星形三相六状态
本文首先分析了风力机和无刷电机的特性,并分别方式进行分析,并假设可忽略电枢绕组的电感和功率开
建立了它们的数学模型,并通过 Matlab/Simulink建立了关管导通时间延迟,无刷电机的电压方程可以简化为
U=E+2r1
(3)
收稿日期:201007-05修订日期:201009-13
式中,び为两相绕组之间的端电压,V:E为线电动势
作者简介:郭天勇(1981-),男,山东泰安人,士研究生,研究方向为
光伏与风力发电系统的控制与设计。天津南开大学天津市光电子薄膜器件
V;r为每相绕组电阻,2:l1为定子电流,A。
与技术重点实验室,3001Emil:gy_Oll@163.com
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