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摘要：分析了基于三电平变换SVPWM调制算法的数学模型，推导出基于高速永磁同步发电机的矢量控制传递函数。该方案采用磁链定向控制策略及模型参考自适应无速度传感器的矢量控制，通过仿真和风场运行结果证明了此方案的可行性和优越性。
关键词：三电平变换器；高速永磁同步发电机（PMSG）；模型参考自适应（MARS）；
1 引言
近年来，三电平变换器得到了广泛应用，常见于交--直流能量转换、大容量交流电机变频调速、电能质量控制等领域。三电平变换器与两电平变换器相比具有输出电压谐波量小、转矩脉动小、开关器件承受应力小等优点。
本文针对无速度传感器应用于三电平高速永磁同步风力发电机矢量控制中存在的难点，采用永磁磁链定向的矢量控制策略，并将空间矢量调制（SVPWM）算法应用于三电平变换器，通过模型参考自适应速度辨识算法完成无速度传感器高速永磁同步风力发电机矢量控制系统的仿真，并通过风场样机运行验证了控制方案的可行性和优越性。
2三电平PWM变换器的原理
2.1三电平PWM变换器的数学模型
三电平PWM变换器等效为三相电压型PWM整流器，在abc坐标系下的数学模型为：
将三电平逆变器的19个基本矢量变换到g-h坐标系下，可得到60°坐标系下三电平逆变器的空间矢量图2所示。
从图 2可知，由对应的基本矢量确定各功率器件的开关状态。选择具体的开关状态，特别是选择小矢量时，要根据此时电容电流的流进或流出来选择，以保持电容中点电压的平衡。
基于模型参考自适应的矢量控制
3.1 永磁同步发电机的数学模型
在建立数学模型之前，先做如下假设：
（1）电机结构和电气特性均匀对称且成正弦分布；
（2）忽略磁路饱和；
（3）忽略铁损及参数变化；
4 仿真与实验分析
4.1 仿真参数
本文的PWM变换器系统参数如下：
永磁同步机电机参数：额定功率2200kW，额定电压690V，额定转速1600rpm，极对数：3，额定转矩：12821N.m，直轴电感0.00025H，交轴电感0.00031H，相数：6相。
4.2 仿真结果
仿真过程：发电机在0.4pu切入无速度控制，3s后加载到额定功率。图7为实际转速和无速度辨识出的电机转速，无速度辨识稳态精度＜3%；图8为转矩响应波形，从仿真结果看此方法具有较快的转矩响应特性。
5 结论
本文针对三电平PWM变换器无速度矢量控制系统进行分析和仿真，仿真和实验验证证明了三电平无速度传感器矢量控制方案具有算法简单，稳态精度高和动态响应快等优点，针对目前大功率高电压高速永磁风电机组具有较好的应用前景。
参考文献
[1]李宁，王跃，雷万钧等. NPC三电平变换器中点电压控制方法综述[J].电力电子技术，2011，10(45)：78-80.
LI Ning，WANG Yue，LEI Wanjun.Overview of Neutral Point Potential Fluctuation Control Strategies in NPC Three-level Converters. Power Electronics，2011，10(45)：78-80.
[2]ALONSO O，MARROYO L，SANCHIS P，et al. Analysis of neutral-point voltage balancing problem in three- level neutral-point-clamped inverters with SVPWM modulation[J]. Industrial electronics society，IEEE 2002 28th annual conference 2002，2：920-925.
[3]MONGE S B，BORDONAU J，BOROYEVICH D. The nearest three virtual space vector PWM-- a modulation for the comprehensive neutral-point balancing in the three-level NPC inverter[J]. IEEE power electronics letters. 2004，2(1)：11-15.
[4]陈颖.基于动态数学模型的PMSM矢量控制系统设计[J].电气应用，2006,25：(10):91-94.
[5]欧阳红林.多相永磁同步电机调速系统控制方法[D].长沙：湖南大学，2005.
[6]陈伯时. 电力拖动自动控制系统第3版，机械工业出版社，2003,8.
[7]王成元 电机现代控制技术[M]，机械工业出版社，2006,8.
[8]张崇巍，张兴. PWM整流器及其控制[M].机械工业出版社，2003，10.
[9]陈新海.自适应控制及应用[M]. 西北工业大学出版社，2003，01.
[10]胡跃明.非线性控制系统理论与应用[M].机械工业出版社，2005，7.
作者简介：
吉青，男，1972年04月，海南省海口市，工程师。
从事专业：电力工程建设维护管理
论文作者:吉青
论文发表刊物:《电力技术》2016年第4期
论文发表时间:2016/7/25
标签：变换器论文; 电平论文; 永磁论文; 矢量论文; 速度论文; 转矩论文; 发电机论文; 《电力技术》2016年第4期论文;