[發明專利]一種用于飛輪儲能系統的自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201710790485.2
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107508518B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 孟高軍;孫玉坤;張亮;劉海濤
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/14;H02P21/22
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種用于飛輪儲能系統的自抗擾控制方法，為解決用于飛輪儲能的磁通切換電機控制系統轉矩波動較大的問題，在基于電流諧波注入法抑制電機定位力矩的基礎上，為解決參數攝動引起的電機模型誤差所帶來的內部擾動，采用擾動觀測器對擾動量進行觀測的同時，采自基于學習迭代鏈算法的補償器對擾動量進行補償處理，隨后，將補償后的擾動量帶入滑模觀測器以實現對擾動量的估算，并將估算結果作為輸入反饋給電流環，以抵消擾動對系統的影響。本發明將擾動觀測器、滑模觀測器、以及矢量控制結合在一起，有效抑制因電流諧波注入引起的磁通切換電機控制系統擾動的現象，同時在保證對系統擾動有較強魯棒性的同時，提高系統的動態性能。

技術領域

本發明涉及飛輪儲能系統技術領域，具體涉及一種用于飛輪儲能系統的自抗擾控制方法。

背景技術

能源是社會進步和生產力發展的重要動力，隨著全球經濟的高速發展，能源需求快速增長，傳統的化石能源消耗巨大，正在走向枯竭，人類面臨著源危機的嚴峻考驗。近些年，風能、太陽能發電等可再生能源技術發展迅速，可再生能源在未來電力系統的能源結構中將占有極其重要的位置。但是可再生能源本身具有間歇性和隨機性，如果直接接入電力系統中，會嚴重影響電力系統的電能質量。儲能技術是解決這一問題，高效利用可再生能源的重要途徑之一，是未來智能電網發展中不可或缺的一部分。

目前常見的儲能方式有：蓄電池儲能、超級電容儲能、飛輪儲能、超導儲能等。其中飛輪儲能具有效率高、壽命長、無污染、充放電迅速等優點，被認為是近期最有希望和最有競爭力的儲能技術，有著非常廣闊的應用前景。

飛輪儲能是將能量以機械能的形式儲存在高速旋轉的飛輪轉子中，系統通常由飛輪轉子、支撐軸承、電機、電力電子變換電路等組成。電機采用磁通切換永磁(FSPM)電機，FSPM電機繼承了開關磁阻電機轉子結構簡單堅固和永磁同步電機(轉子永磁式電機)轉矩密度高、效率高的優，永磁體放置在定子上，不受離心力，散熱條件良好，而轉子上既無繞組又無永磁體，結構簡單、適合高速運行，非常適用于飛輪儲能系統中。

但在工作過程中，FSPM電機具有雙凸極的結構本質使其具有定位力矩較高的缺點，定位力矩會引起轉矩波動的問題，從而造成系統不穩定、控制精度差和動態響應。關于削弱與補償永磁電機定位力矩的方法，一類是從電機本體設計出發，如斜槽、齒形修正等，但此類方法會對電機的功率輸出能力、空載電勢產生影響，并且增加制造成本，在實際產業化工程中有一定的局限性；另一類則通過控制策略來抑制電機定位力，如現有文獻《基于電流諧波注入的磁通切換永磁電機定位力矩補償方法》，通過注入相應的諧波電流從而產生附加轉矩力量，使其與定位力中的基波與高次諧波分量幅值相等，相位相反，可互相抵消，從而達到補償定位力的目的。但此種方法會因為諧波電流的注入而產生額外的定位力，且諧波電流注入過程較為繁瑣。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供了一種用于飛輪儲能系統的自抗擾控制方法，在基于電流諧波注入法抑制電機定位力矩的基礎上，采用擾動觀測器對參數攝動引起的擾動量進行觀測的同時，采自基于學習迭代鏈算法的補償器對擾動量進行補償處理，隨后，將補償后的擾動量帶入滑模觀測器以實現對擾動量的估算，并將估算結果作為輸入反饋給電流環，以抵消擾動對系統的影響。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于飛輪儲能系統的自抗擾控制方法，此飛輪儲能系統采用FSPM電機，其特征是，包括以下步驟：

步驟S1，對FSPM電機采用現有i_d＝0的矢量控制方式，外環為速度環，內環為電流環，在此基礎上，加入諧波電流抑制環，即根據電機定位力矩的諧波分量，在電磁轉矩的q軸電流附加一個補償電流i_qc，此補償電流產生附加的定位力矩與定位力矩中諧波分量幅值相等、相位相反，可以相互抵消。