[發明專利]多相儲能永磁電機定子磁鏈預測控制方法、系統及介質

有效

• 申請號: 202010005250.X
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111130413B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 黃守道;吳公平;羅德榮;羅成偉;龍卓
• 申請（專利權）人: 湖南中聚福能源科技有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/13;H02P21/12;H02P25/026;H02P27/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種多相儲能永磁電機定子磁鏈預測控制方法、系統及介質，本發明方法的實施步驟包括：采集多相儲能永磁電機的定子電流i_abc與轉子位置θ；基于獲取的定子電流i_abc與轉子位置θ計算出用于控制多相儲能永磁電機的電壓矢量；將電壓矢量調制生成控制多相儲能永磁電機的AC/DC功率變換子模塊的調制信號，并將六組完全相同的調制信號分別輸入六組AC/DC功率變換子模塊，以實現對多相儲能永磁電機各個AC/DC功率變換子模塊器件的導通與關斷控制。與傳統的PI控制器相比，本發明能夠實現多相儲能永磁電機對指令轉速與指令磁鏈的快速無超調跟蹤，具有較好的動、靜態特性。

技術領域

本發明涉及城市軌道交通用多相儲能永磁電機的控制技術，具體涉及一種多相儲能永磁電機定子磁鏈預測控制方法、系統及介質。

背景技術

城市軌道交通用飛輪儲能裝置在國外已有正式的商業產品，由于受到飛輪安全性與列車空間的限制，飛輪儲能裝置在城市軌道交通中的應用只限于地面式。1988年日本在京濱高速鐵路建成了大型地面式飛輪儲能系統；2001年紐約交通局安裝了1MW的地面式飛輪儲能設備。應用表明，飛輪儲能裝置能很好地吸收列車再生制動能量，且這部分能量在列車加速過程可被很好的利用，大幅降低了能耗要求，同時有效避免了列車制動對牽引電網產生的瞬時沖擊。飛輪儲能系統為突破單臺功率變換裝置容量的限制，儲能電機常采用多套多相發電機作為主發電機。

多相儲能永磁電機因具有功率密度高、動靜態性能好等優點，是最常用、最理想的儲能電機類型，在飛輪儲能系統中得到了廣泛應用。在城市軌道交通應用領域，多相儲能永磁電機控制系統需要快速的電磁轉矩響應以保證整個飛輪儲能系統的高動態性能。電流環控制的目的就是使儲能電機電流能夠快速嚴格地跟隨指令電流變化。為此，與電磁轉矩直接相關的電流環動態特性已成為制約多相儲能永磁電機動、靜態性能的核心因素。另一方面，多相儲能永磁電機運行轉速范圍特別寬，轉速環需滿足飛輪儲能系統寬轉速運行的需求。傳統PI控制器，以簡易性、魯棒性等優點廣泛應用于工業領域。然而多相儲能永磁電機的數學模型是一個典型的非線性時變系統，轉速與轉矩連續頻繁大范圍波動，導致反電勢的頻率與幅值也隨之大范圍連續變化。傳統基于穩態工作點設計的PI控制器已無法滿足多相儲能永磁電機寬轉速范圍運行與高動態轉矩控制的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種多相儲能永磁電機定子磁鏈預測控制方法、系統及介質，與傳統的PI控制器相比，本發明的定子磁鏈預測控制方式能夠實現多相儲能永磁電機對指令轉速與指令磁鏈的快速無超調跟蹤，具有較好的動、靜態特性。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種多相儲能永磁電機定子磁鏈預測控制方法，實施步驟包括：

1)采集多相儲能永磁電機的定子電流i_abc與轉子位置θ；

2)基于獲取的定子電流i_abc與轉子位置θ計算出用于控制多相儲能永磁電機的電壓矢量；

3)將電壓矢量調制生成控制多相儲能永磁電機的AC/DC功率變換子模塊的調制信號，并將六組完全相同的調制信號分別輸入六組AC/DC功率變換子模塊，以實現對多相儲能永磁電機各個AC/DC功率變換子模塊器件的導通與關斷控制。

可選地，步驟2)的詳細步驟包括：

2.1)根據轉子位置θ確定當前第k個周期的電機轉速ω_e(k)，計算電機轉速ω_e(k)和電機轉速指令值之間的電機轉速差值Δω_e，根據電機轉速ω_e(k)與q軸響應電流進行負載轉矩觀測來獲取多相儲能永磁電機的負載轉矩的觀測值

2.2)根據負載轉矩的觀測值以及電機轉速差值Δω_e進行轉速預測控制來獲取當前第k個周期的精確的d軸定子磁鏈指令值和q軸定子磁鏈指令值