[發明專利]一種降低直流側電壓波動的永磁發電系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201810544845.5
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108566129B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 張卓然;黃健;蔣云逸;韓建斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P9/10
• 分類號: H02P9/10;H02P9/30;H02P101/30
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本發明公開了一種降低直流側電壓波動的永磁發電系統及其控制方法，系統部分包括高阻抗永磁發電機、橋式功率變換器、發電機斷路器、實時采集電機轉子位置信號的旋轉變壓器、解碼電路、實時采集電機三相電樞繞組電流的電流傳感器、實時采集直流側輸出電壓的電壓傳感器、電氣負載；方法部分將二自由度控制器代替PI控制器并將其應用在外環電壓環，通過兩組可調參數來調節系統的設定值跟隨性能以及抗干擾性能。為了進一步減小突加、突卸負載時直流側電壓的波動，通過控制交軸電流的變化量用于調節直流側電壓的指令值，當負載突加時，直流側電壓指令值增大，當負載突卸時，直流側電壓指令值減小。本發明無需額外硬件，實現簡單，在突加、突卸負載的情況下能夠降低直流側輸出電壓的波動，提高系統的動態性能。

技術領域

本發明涉及一種發電系統，尤其涉及一種降低直流側電壓波動的永磁發電系統控制方法，屬于發電技術領域。

背景技術

機載系統預計將具有更低的油耗、更低的重量、更安全、更容易維護。因此，多電飛機的概念被提出。多電飛機采用電氣系統取代氣動和液壓系統，如發動機的起動、環境控制系統、機翼防冰系統、驅動系統等等。同時，多電飛機也導致了對電能的需求不斷增加，該電能由發動機驅動的發電機提供。因此，發電機的類型將對飛機電源系統產生很大的影響。永磁電機具有高功率密度、高效率和高速的優點，結合PWM可控整流器，永磁電機在飛機高壓直流電源系統中具有很強的競爭力。

在實際應用中，快的動態響應速度、穩定的設定值跟隨性能以及強的抗干擾性能是飛機電源系統的要求。當永磁電機作為電動機運行時，將負載轉矩視為外部干擾，而對于永磁發電機，將直流側電氣負載視為外部干擾。外部干擾會導致電機速度或者直流側輸出電壓的波動，從而影響系統的動態性能。針對負載轉矩的擾動，滑模控制、魯棒控制、自適應控制以及二自由度控制能夠抑制負載轉矩的擾動。滑模控制的特點是根據當前狀態變量來調整反饋控制系統的結構，然后系統向著預先設計的狀態運行，系統的動態性能與系統參數和外界干擾無關，它具有響應速度快、魯棒性強等優點。魯棒控制的目的是最小化控制器對模型不確定性(包括外部擾動和參數攝動)的靈敏度。通過自適應控制建立參考模型，通過調整參考模型輸出與實際模型輸出之間的誤差來調整控制參數，使實際系統的輸出盡可能接近參考模型的輸出。二自由度控制有兩套可調參數，可以用來分別調整系統的設定值跟隨性能和抗干擾能力。在這些方法中，自適應控制由于易于實現和精度高，成為常用的方法。然而，針對電氣負載突加、突卸引起的擾動，相應的擾動抑制方法卻很少。現有的方法主要是有源阻尼法，通過在直流側并聯虛擬的電阻來減小等效的電阻和時間常數，從而提高突加、突卸負載時的動態響應速度。但是，該方法的缺點是影響系統的穩定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術所存在的永磁可控發電系統在負載突變情形下的直流側輸出電壓波動大的問題，提供一種實現簡單、有效可靠的降低直流側電壓波動的永磁發電系統控制方法。

本發明的降低直流側電壓波動的永磁發電系統，其特征在于，包括：永磁發電機、橋式功率變換器、發電機斷路器、實時采集電機轉子位置信號的旋轉變壓器、解碼電路、實時采集電機三相電樞繞組電流的電流傳感器、實時采集直流側輸出電壓的電壓傳感器、電氣負載；所述永磁發電機為高阻抗永磁電機，繞組星型連接，且為集中繞組，隔齒繞制。

如上所述降低直流側電壓波動的永磁發電系統控制方法，其特征在于，所述控制方法包括外環和內環兩部分，所述外環為電壓環，內環為電流環；首先，將實際檢測的直流側電壓與直流電壓指令值相比較，經過二自由度控制器，產生交軸電流指令值；然后，通過霍爾電流傳感器檢測得到三相繞組電流，通過坐標變換得到兩相旋轉坐標系下的電流，用于電流閉環控制，內環電流環采用傳統PI控制；同時采用交軸電流反饋補償法用于補償直流側電壓指令值，從而降低由于突加、突卸負載引起的直流側輸出電壓波動。