[發明專利]一種混合勵磁發電機的控制方法

有效

• 申請號: 202110256068.6
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113037156B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王宇;張成糕;夏宇航;郝雯娟
• 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
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種混合勵磁發電機的控制方法，在混合勵磁發電機的負載發生突增或突減時，通過合理設計各時刻及勵磁電流變化速率，在控制過程中滿足整流電路輸出電流的平均值的積分值與負載電流的積分值相等，且過程結束時整流電路輸出電流平均值的瞬時值與突變時刻的負載電流瞬時值相等，從而輸出電壓只經過一次調節過程即可收斂，負載突變過程無超調或下調且收斂時間最短，解決了現有基于充放電能量控制的發電機電壓控制充電電流與輸出電壓的動態曲線受PID參數影響、不能實現最優、存在多次調節過程的問題。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，主要涉及一種混合勵磁發電機的控制方法。

背景技術

混合勵磁電機結合了電勵磁電機勵磁磁場可調、容易實現故障滅磁和永磁電機轉矩密度相對較高的優點，特別適合應用在航空發電系統中。

基于調磁調壓策略的混合勵磁發電機發電系統的主要控制思想如下：輸出電壓的給定值與實際值做差，差值經過PID調節器得到勵磁電流的給定值，利用變換器使得勵磁電流的實際值跟蹤上給定值。

上述系統的電壓控制的動態性能一般，主要原因有以下兩點：

(1)經二極管整流后的電流諧波較大，為了抑制輸出電壓紋波，直流環節需要一個較大容值的電容器，動態響應的速度因此被降低。

(2)為了盡可能減小勵磁電流，勵磁繞組的匝數往往較大，由此帶來勵磁電感較大使得勵磁電流調節時間常數較大。

為了提高上述系統的動態性能，文獻《Capacitor-Energy-based Control ofDoubly Salient Brushless DC Generator for Dynamic Performance Optimization，Yanwu Xu；Zhuoran Zhang；Zhangming Bian；Li Yu，IEEE Transactions on EnergyConversion，2020，Vol：35，no：4，1886-1896》提出了基于充放電能量控制的發電機電壓控制方法，它的主要控制思想如下：濾波電容充電功率的期望值與實際值做差，差值經過PID調節器得到充電電流的期望值，充電電流的期望值與負載電流相加得到整流電路的輸出電流，再根據整流電路的輸出電流與勵磁電流的函數關系，得到勵磁電流的給定值，利用變換器使得勵磁電流的實際值跟蹤上給定值。與調磁調壓策略相比，基于充放電能量控制的發電機電壓控制方法以充電電流為控制目標，提高了系統的動態性能，減小了輸出電壓的動態紋波。

然而，與調磁調壓策略相比，基于充放電能量控制的發電機電壓控制方法本質上采用的也是雙環控制(電壓外環、電流內環)，且兩環采用的都是PID控制器。PID控制可以實現控制量的最終收斂，并不探究控制量的最優動態曲線。因此，基于充放電能量控制的發電機電壓控制方法雖然有優于調磁調壓策略的動態性能，但是其輸出電壓的動態的波形仍然存在多次調節過程，存在超調/下調過程。同時，考慮到發電機的輸出電壓受轉速和負載的影響，當轉速較低或者負載較重時都需要較大的勵磁電流來維持穩壓，容易帶來磁場的飽和。使用傳統的PID控制器將很難找到適合于所有工作點的PI參數，在不同的工況下遭遇負載突增突卸時，動態性能往往不能達到最優，系統的動態性能受到PID參數的影響。

發明內容

發明目的：本發明提供了一種混合勵磁發電機的控制方法，解決了現有基于充放電能量控制的發電機電壓控制充電電流與輸出電壓的動態曲線受PID參數影響、不能實現最優、存在多次調節過程的問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：