[發(fā)明專利]一種無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110290621.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN113162494B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉;張楊生;劉毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P9/00
• 分類號(hào): H02P9/00;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 夏倩;李智

本發(fā)明公開了一種無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，屬于無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，包括：(1)在當(dāng)前控制周期，根據(jù)根據(jù)功率繞組電壓幅值反饋值和阻性負(fù)載值計(jì)算輸出功率，根據(jù)直流母線電壓和直流母線電流計(jì)算直流輸入功率，并根據(jù)轉(zhuǎn)子角速度和電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)化為輸入電磁功率的機(jī)械功率，從而計(jì)算當(dāng)前控制周期的電機(jī)效率η；(2)若η大于當(dāng)前的最優(yōu)電機(jī)效率，則將最優(yōu)發(fā)電效率更新為η，將最優(yōu)發(fā)電頻率更新為當(dāng)前發(fā)電頻率f后更新控制繞組角頻率給定值；(3)將發(fā)電頻率增加Δf后，若未超過發(fā)電頻率上限，則轉(zhuǎn)入步驟(1)開始下一個(gè)控制周期的效率優(yōu)化；否則，使發(fā)電機(jī)按照運(yùn)行，優(yōu)化控制結(jié)束。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Brushless doubly-fed induction generator,BDFIG)作為一種新型交流感應(yīng)電機(jī)，取消了電刷和滑環(huán)，相較于有刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)而言，不僅運(yùn)行可靠性大幅提升，而且基本免維護(hù)，具有良好的應(yīng)用前景。

無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)含有兩套不同極對(duì)數(shù)的定子繞組，分別稱為功率繞組(PowerWindings，PW)和控制繞組(Control Windings，CW)，其轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，能使功率繞組和控制繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場間接相互作用而不存在直接耦合。功率繞組主要用于控制有功功率，控制繞組主要用于控制無功功率和維持直流母線電壓穩(wěn)定。無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)可應(yīng)用于船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。

現(xiàn)有的無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)采用恒壓恒頻的發(fā)電方式，即發(fā)電過程中，直流母線電壓和發(fā)電頻率均維持恒定，由此能夠得到可直接使用的電能。但是，這種發(fā)電方式不利于提高能源利用率，也不利于節(jié)能減排，無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)也使得電機(jī)效率偏低。現(xiàn)有電機(jī)效率優(yōu)化控制方法主要針對(duì)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)，而在無刷雙饋感應(yīng)電機(jī)領(lǐng)域，研究集中在對(duì)損耗的建模和分析上，目前尚無對(duì)應(yīng)的效率優(yōu)化控制方法。因此，如何對(duì)無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電機(jī)效率進(jìn)行優(yōu)化，是一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)，其目的在于，有效解決無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率不高的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)效率優(yōu)化控制方法，包括如下步驟：

(1)在當(dāng)前控制周期，根據(jù)功率繞組電壓幅值反饋值U_p和阻性負(fù)載值R計(jì)算電機(jī)的輸出功率P_out，根據(jù)直流母線電壓U_dc和直流母線電流I_dc計(jì)算電機(jī)的直流輸入功率P_dc，并獲得無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度ω_r和電磁轉(zhuǎn)矩T_em，以計(jì)算轉(zhuǎn)化為輸入電磁功率的機(jī)械功率P_em，從而計(jì)算當(dāng)前控制周期的電機(jī)效率為η＝P_out/(P_em+P_dc)；

(2)若當(dāng)前控制周期中的電機(jī)效率大于當(dāng)前的最優(yōu)發(fā)電效率，則將最優(yōu)發(fā)電效率更新為當(dāng)前控制周期中的電機(jī)效率，將最優(yōu)發(fā)電頻率更新為當(dāng)前控制周期中的發(fā)電頻率f，并根據(jù)更新后的最優(yōu)發(fā)電頻率更新控制繞組角頻率給定值之后轉(zhuǎn)入步驟(3)；否則，直接轉(zhuǎn)入步驟(3)；

(3)將發(fā)電頻率f增加預(yù)設(shè)的頻率步長Δf后作為新的發(fā)電頻率f，若更新后發(fā)電頻率f未超過預(yù)設(shè)的發(fā)電頻率上限，則將下一個(gè)控制周期作為當(dāng)前控制周期，并轉(zhuǎn)入步驟(1)；否則，使無刷雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)按照最優(yōu)發(fā)電頻率運(yùn)行，優(yōu)化控制結(jié)束。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，根據(jù)更新后的最優(yōu)發(fā)電頻率更新控制繞組角頻率給定值包括：

將最優(yōu)發(fā)電頻率擴(kuò)大2π倍，得到功率繞組角頻率給定值