[發明專利]一種用于海浪發電系統的無位置傳感控制方法

在審

• 申請號: 201410232172.1
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104167969A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 余海濤;孟高軍;胡敏強;黃磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種用于海浪發電系統的無位置傳感控制方法，是一種將雙脈沖非線性電壓施加法、滑模觀測器、神經網絡控制器和轉子位置抗干擾觀測器等結合在一起的無位置傳感器技術。?

背景技術

傳統能源日趨枯竭、環境污染問題惡化，新能源開發迫在眉睫。隨著低功耗無線傳感器的發展，利用環境清潔可再生能源如太陽能、風能以及波浪能發電制作成微電源為傳感器節點提供電能，日益受到各界廣泛關注。相比風能與太陽能技術，波浪能發電技術要落后十幾年。但是波浪能具有其獨特的優勢，波能能量密度高,是風能的4～30倍；相比太陽能，波浪能不受天氣影響。波浪能發電電源是利用波浪發電制作成的電源，為海洋傳感節點供電具有諸多優點。目前，在各種結構的海浪發電系統中，采用永磁同步發電機(PMSG)的方案及其效率較高，具有無需勵磁電路等優點，有著重要的地位。特別是在小海浪發電系統中，PMSG由于這些優點而得到了更多的應用。一般情況下，PMSG采用機械式位置傳感器來檢測轉子位置，如光電編碼器和旋轉變壓器。然而，機械式傳感器的存在帶來了很多弊端：1)電機與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統可靠性；2)加大了電機空間尺寸和體積，減少了功率密度，增加了系統的硬件成本和維護成本；3)在高溫與強腐蝕環境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導致電機驅動系統無法正常工作。以上幾點都是造成海浪發電系統不穩定工作的主要原因。故采用無位置傳感器技術顯得格外的必要。?

而無傳感器的核心是控制系統能對轉子的實時位置和速度進行準確的估算，常用無傳感器的控制方法可分為3類：?

(1)采用電機理想模型的開環計算法，如直接計算法、反電動勢積分法等；基于開環的計算方法簡單直接、動態性能較好；但計算時依賴電機參數，而電機運行時參數總處于變化之中，這樣勢必會影響轉子位置估計的準確性；并且在電機速度很低時，反電動勢非常小，容易和各種干擾信號摻雜在一起，信噪比變低，使得反電勢難于檢測。所以這種方法并不適合用于電機靜止或低速時無傳感器位置估算。?

(2)基于外部高頻信號注入的轉子位置辨識方案，如旋轉高頻電壓注入法、旋轉高頻電壓注入法和旋轉高頻電流注入法。高頻信號注入法是通過給電機三相繞組注入高頻信號(電壓或電流信號)，依靠電機轉子自身的凸極性或由于飽和導致的凸極效應，使高頻信號產生的磁場受到轉子凸極的調制作用，因此高頻信號中將帶有轉子位置信?息，再將高頻信號從定子電流或電壓中解調出來就能提取出電機轉子的位置信息。這種方法依靠外加激勵信號，并不依賴于轉速，但估算轉子位置所需要的時間較長，位置量更新頻率不高，所以高頻信號注入法在電機靜止和低速時有更好的估算效果。?

(3)基于狀態觀測器的閉環算法，如滑模觀測器法(SMO)、模型參考自適應系統法(MRAS)、擴展卡爾曼濾波器法(EKF)等。觀測器的本質就是系統狀態重構，即重新構造一個系統，利用原系統中直接可以測到的輸出向量和輸入向量作為它的輸入信號，并使重構系統的輸出信號在一定的條件下等價于原系統的狀態，這個重新構造的系統就稱為觀測器。?

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于海浪發電系統的無位置傳感控制方法，將雙脈沖非線性電壓施加法、滑模觀測器、神經網絡控制器和轉子位置抗干擾觀測器等結合在一起，在有效的對海浪發電系統PMSG轉子初始估計的同時，可以準確、有效的實時檢測海浪發電系統PMSG運行后的轉子位置信息。?

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：?

一種用于海浪發電系統的無位置傳感控制方法，將雙脈沖非線性電壓施加法、滑模觀測器、神經網絡控制器和轉子位置抗干擾觀測器等結合在一起，具體包括以下步驟：?

(1)轉子初始位置檢測采用雙脈沖電壓施加法，根據交、直軸電感差異原理，向電機施加2個方向不同、幅值相同的等寬電壓矢量，檢測到兩次電流響應，從而解出與轉子位置構成函數關系的差分電感分量，最終根據所述函數關系得出轉子初始位置角；?

(2)海浪發電系統開始運行后，采用反電動勢來檢測轉子位置，采用滑模觀測器獲取轉子位置信息：首先采用滑膜觀測器對等效擴展反電動勢EEMF進行估算，隨后通過檢測電流和觀測電流之間的誤差構成模滑面對等效擴展反電動勢EEMF進行觀測，從而獲得轉子位置檢測值；為了減小位置估算誤差，對低通濾波器相位滯后產生的誤差進行補償；?