[發(fā)明專利]一種勵(lì)磁同步電機(jī)的建模方法和硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110008734.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN112799313A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉群英;李博文;朱德清;夏銳;章凡;霍欣莉;衡一嘉;張昌華;陳樹恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種勵(lì)磁同步電機(jī)的建模方法和硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)勵(lì)磁同步電機(jī)進(jìn)行外圍電路和同步電機(jī)模型建模，其中同步電機(jī)模型包括定子模型、轉(zhuǎn)子模型、電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)模型，定子模型利用Simulink中Simscape庫(kù)模塊搭建得到，轉(zhuǎn)子模型采用純屬數(shù)值化建模，實(shí)現(xiàn)Matlab平臺(tái)下的勵(lì)磁同步電機(jī)準(zhǔn)確建模；硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)包括上位機(jī)、實(shí)時(shí)仿真機(jī)和SFC控制器，上位機(jī)用于搭建勵(lì)磁同步電機(jī)模型，生成對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)仿真代碼下載到實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，實(shí)時(shí)仿真機(jī)運(yùn)行上述實(shí)時(shí)仿真代碼，與SFC控制器進(jìn)行信號(hào)交互完成測(cè)試。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了Matlab平臺(tái)下的勵(lì)磁同步電機(jī)準(zhǔn)確建模，并基于實(shí)時(shí)仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁同步電機(jī)的硬件在環(huán)測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)智能控制技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種勵(lì)磁同步電機(jī)的建模方法和硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)能源消耗不斷增大,環(huán)境污染不斷加劇，轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)電力系統(tǒng)節(jié)能減排已成為全社會(huì)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。抽水蓄能電站作為電源，具有優(yōu)異的調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相功能。在與大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置對(duì)比時(shí)，其建造成本較低，使用壽命長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定。抽水蓄能是目前電力系統(tǒng)中最為常用、成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能方式。而抽水蓄能電站機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中需要被頻繁地起動(dòng)，如何快速且平穩(wěn)地起動(dòng)機(jī)組也一直是抽水蓄能電站要解決的核心問(wèn)題。目前，我國(guó)的抽水蓄能電站發(fā)展尚且不能滿足社會(huì)需求，所以加快抽水蓄能電站以及其核心設(shè)備技術(shù)的設(shè)計(jì)與開發(fā)是十分有必要的。

硬件在環(huán)測(cè)試(HIL)是半實(shí)物仿真的一種，它以“真實(shí)控制器+虛擬被控對(duì)象”的方式對(duì)于控制器功能進(jìn)行測(cè)試，被廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車等領(lǐng)域。良好設(shè)計(jì)的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)可以縮短測(cè)試時(shí)間，降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)可靠性。而對(duì)于上述抽水蓄能電站機(jī)組非常適用于HIL場(chǎng)景，主要是因?yàn)槌樗钅茈娬疽话愣际谴蠊β省⒋髴T性的勵(lì)磁同步電機(jī)，很難直接把設(shè)計(jì)好的控制器直接連接實(shí)物進(jìn)行控制，所以采用HIL的方法可以很好地測(cè)試SFC控制器的性能。

對(duì)于抽水蓄能電站機(jī)組的硬件在環(huán)測(cè)試，科研單位一般會(huì)使用RTDS這種大型實(shí)時(shí)仿真機(jī)來(lái)完成，而不會(huì)使用基于Matlab平臺(tái)的輕量級(jí)實(shí)時(shí)仿真機(jī)如Dspace、Speedgoat等。一方面主要是Simulink庫(kù)中勵(lì)磁同步電機(jī)沒(méi)有靜止態(tài)，不符合HIL系統(tǒng)要求，而勵(lì)磁同步電機(jī)是個(gè)強(qiáng)耦合、非線性、多變量的復(fù)雜系統(tǒng)，想要準(zhǔn)確搭建對(duì)應(yīng)模型是比較困難的；另一方面Simulink對(duì)于電氣仿真計(jì)算是基于狀態(tài)空間方程，隨著對(duì)應(yīng)模型復(fù)雜度升高，實(shí)時(shí)仿真機(jī)很容易出現(xiàn)算力不足的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種勵(lì)磁同步電機(jī)的建模方法和硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)Matlab平臺(tái)下的勵(lì)磁同步電機(jī)準(zhǔn)確建模，并基于實(shí)時(shí)仿真機(jī)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁同步電機(jī)的硬件在環(huán)測(cè)試。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明勵(lì)磁同步電機(jī)的建模方法包括外圍電路建模和同步電機(jī)模型建模，所述同步電機(jī)模型為5階同步電機(jī)模型，包括定子模型、轉(zhuǎn)子模型、電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)模型，其中：

定子模型采用如下abc坐標(biāo)系下定子電壓方程為基礎(chǔ)進(jìn)行建模，采用電動(dòng)機(jī)慣例作為建模正方向,利用Simulink中Simscape庫(kù)模塊搭建得到：

其中，u_a、u_b、u_c為定子abc相電壓，ψ_a、ψ_b、ψ_c為定子abc相磁鏈，r_a、r_b、r_c為定子abc相電阻，i_a、i_b、i_c為定子abc相電流，p為微分算子；

轉(zhuǎn)子模型采用如下fDQ繞組電壓方程為基礎(chǔ)對(duì)轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行純數(shù)值化建模得到：