[發(fā)明專利]基于模型預(yù)測(cè)的儲(chǔ)能飛輪電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010182480.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN111371367A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂東元;呂奇超;李延寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H02P21/30
• 分類號(hào): H02P21/30;H02P21/18;H02P21/22;H02P21/00;H02P21/20;H02P21/14;H02P6/34
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 徐雯瓊;章麗娟

1.一種基于模型預(yù)測(cè)的儲(chǔ)能飛輪電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

S1、采集當(dāng)前時(shí)刻k的三相定子電流以及直流母線電壓，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻k的電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T_e和定子磁鏈幅值Ψ_s；估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角θ和角速度ω；

S2、基于步驟S1中的當(dāng)前時(shí)刻k的電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值，預(yù)測(cè)下一時(shí)刻k+1時(shí)刻產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T_e(k+1)和定子磁鏈幅值Ψ_s(k+1)；

S3、將步驟S2預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻的電磁轉(zhuǎn)矩T_e(k+1)和定子磁鏈幅值Ψ_s(k+1)，與給定的轉(zhuǎn)矩參考值T_e^*和定子磁鏈參考值Ψ_s^*一起代入到價(jià)值函數(shù)中，選擇使該價(jià)值函數(shù)最小的電壓矢量作為在第k時(shí)刻的最優(yōu)的電壓矢量并輸出給兩電平電壓逆變器，使得最優(yōu)的電壓矢量用于兩電平電壓逆變器控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。

2.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能飛輪電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，

當(dāng)前時(shí)刻k的三相定子電流i_a、i_b、i_c是通過電流傳感器采集得到；

通過轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角θ和角速度ω。

3.如權(quán)利要求2所述的儲(chǔ)能飛輪電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，

所述步驟S2中，進(jìn)一步包含：

由電磁感應(yīng)定律和坐標(biāo)變換原理，建立dq坐標(biāo)系下定子磁鏈和電壓方程：

電磁轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程方程：

T_e＝p[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q] (3)

式中：Ψ_f為轉(zhuǎn)子磁鏈幅值；Ψ_d、Ψ_q分別為定子磁鏈的dq軸分量；L_d、L_q分別為電感的dq軸分量；U_d、U_q分別為電壓的dq軸分量；i_d、i_q分別為電流的dq軸分量；ω為轉(zhuǎn)子電角速度；T_e表示電磁轉(zhuǎn)矩，正為電動(dòng)，負(fù)為發(fā)電；p表示轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)；e₀為空載電動(dòng)勢(shì)；J為飛輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；R_s為定子電阻；R_Ω為阻力系數(shù)；T₁為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

4.如權(quán)利要求3所述的儲(chǔ)能飛輪電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，

所述步驟S2中，進(jìn)一步包含：

通過電流傳感器測(cè)量當(dāng)前時(shí)刻k的定子電流i_s(k)后，將方程(2)離散化，可得電機(jī)電流預(yù)測(cè)方程：

式中，T_s表示離散控制周期；k表示第k個(gè)離散控制周期；i_s(k+l)表示定子電流在第(k+1)時(shí)刻的預(yù)測(cè)值；i_s(k)表示定子電流在第k時(shí)刻的實(shí)際值；u_s(k)表示第kT_s時(shí)刻的基本電壓矢量；ω(k)表示第(k)時(shí)刻的轉(zhuǎn)子電角速度；ψ_s(k)是當(dāng)前時(shí)刻k的電機(jī)的定子磁鏈值；

電機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩在k+1時(shí)刻的預(yù)測(cè)值分別為：

ψ_s(k+1)＝ψ_s(k)+T_s[u_s(k)-R_si_s(k)] (6)