基于模型预测的储能飞轮电机直接转矩控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模型预测的储能飞轮电机直接转矩控制方法及系统，该控制方法利用电流传感器采集到的当前时刻k的电流i

Direct torque control method and system of energy storage flywheel motor based on model prediction

【技术实现步骤摘要】
基于模型预测的储能飞轮电机直接转矩控制方法及系统
本专利技术涉及储能飞轮高速电机控制
，特别涉及一种基于模型预测的储能飞轮电机直接转矩控制方法及系统。
技术介绍
飞轮储能是一种以物理形式进行电能和机械能相互转换的储能装置。它由高速旋转的飞轮本体、飞轮电机、电机控制器、轴承和真空室等辅助装置组成。飞轮储能主要有：储能、待机和释能三种工作状态。飞轮储能时，电源通过飞轮控制器来驱动电机旋转，带动飞轮本体加速至指定转速，将电能转换为飞轮动能储存起来；飞轮待机时，维持飞轮指定转速；飞轮释能时，飞轮降速，电机处于发电状态，通过飞轮控制器输出电能，从而将飞轮动能转换为电能释放。飞轮电机及其控制器是飞轮储能装置的重要组成部分，飞轮储能系统通过它来实现电能的吸收及释放，采用不同的飞轮电机及其控制技术得到的飞轮储能系统的性能也不同。目前在飞轮储能装置中应用的电机主要有永磁无刷直流电机、永磁同步电机、异步电机和开关磁阻电机，各种电机都有自己的结构特点，其相对应的电机控制技术也不同。飞轮储能系统对电机及其控制器的要求有：工作在电动或发电工况、高速性能好、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模型预测的储能飞轮电机直接转矩控制方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：/nS1、采集当前时刻k的三相定子电流以及直流母线电压，计算出当前时刻k的电机的电磁转矩T

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测的储能飞轮电机直接转矩控制方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
S1、采集当前时刻k的三相定子电流以及直流母线电压，计算出当前时刻k的电机的电磁转矩Te和定子磁链幅值Ψs；估计电机的转子位置角θ和角速度ω；
S2、基于步骤S1中的当前时刻k的电磁转矩和定子磁链幅值，预测下一时刻k+1时刻产生的电磁转矩Te(k+1)和定子磁链幅值Ψs(k+1)；
S3、将步骤S2预测得到的k+1时刻的电磁转矩Te(k+1)和定子磁链幅值Ψs(k+1)，与给定的转矩参考值Te*和定子磁链参考值Ψs*一起代入到价值函数中，选择使该价值函数最小的电压矢量作为在第k时刻的最优的电压矢量并输出给两电平电压逆变器，使得最优的电压矢量用于两电平电压逆变器控制开关管的导通和关断，实现电机定子磁链和转矩的直接控制。


2.如权利要求1所述的储能飞轮电机直接转矩控制方法，其特征在于，
当前时刻k的三相定子电流ia、ib、ic是通过电流传感器采集得到；
通过转子位置观测器估计电机的转子位置角θ和角速度ω。


3.如权利要求2所述的储能飞轮电机直接转矩控制方法，其特征在于，
所述步骤S2中，进一步包含：
由电磁感应定律和坐标变换原理，建立dq坐标系下定子磁链和电压方程：






电磁转矩和运动学方程方程：
Te＝p[ψfiq+(Ld-Lq)idiq](3)



式中：Ψf为转子磁链幅值；Ψd、Ψq分别为定子磁链的dq轴分量；Ld、Lq分别为电感的dq轴分量；Ud、Uq分别为电压的dq轴分量；id、iq分别为电流的dq轴分量；ω为转子电角速度；Te表示电磁转矩，正为电动，负为发电；p表示转子极对数；e0为空载电动势；J为飞轮与电机转子的总转动惯量；Rs为定子电阻；RΩ为阻力系数；T1为负载转矩。


4.如权利要求3所述的储能飞轮电机直接转矩控制方法，其特征在于，
所述步骤S2中，进一步包含：
通过电流传感器测量当前时刻k的定子电流is(k)后，将方程(2)离散化，可得电机电流预测方程：



式中，Ts表示离散控制周期；k表示第k个离散控制周期；is(k+l)表示定子电流在第(k+1)时刻的预测值；is(k)表示定子电流在第k时刻的实际值；us(k)表示第kTs时刻的基本电压矢量；ω(k)表示第(k)时刻的转子电角速度；ψs(k)是当前时刻k...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕东元，吕奇超，李延宝，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31