一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法，新型稳压控制策略由交轴电流计算和电容储能比例积分控制器构成，生成交轴电流内环的参考值；利用直流母线能量和功率交换数学模型，得到交轴电流计算公式，由直流母线电容的充电功率和负载功率构成；考虑到实际系统存在损耗，简化的公式计算存在一定误差，利用电容储能比例积分控制器补偿，提升母线电压控制精度；四维空间下的电流内环均采用比例积分控制器，电流内环的输出经过交直轴解耦、坐标变换，采用最大四矢量空间电压矢量调制，控制整流器桥臂的开关。本发明专利技术能够有效地加快母线电压恢复速度，降低母线电压波动幅值，实现双三相永磁同步发电机系统直流母线电压的高性能控制。压的高性能控制。压的高性能控制。

【技术实现步骤摘要】
一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法


[0001]本专利技术涉及双三相永磁同步发电机领域，尤其涉及一种直流母线电压外环的稳压控制领域，具体是一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制策略，有利于加快母线电压恢复速度，降低母线电压波动幅值，实现母线电压的高性能控制。

技术介绍

[0002]随着特种车辆、军舰船舶和飞行器等高端装备的全电化发展，以发电机为核心的直流电能系统备受关注。因用电负载的工况复杂多变，对直流电能系统提出更高的要求。在此技术背景下，一种双三相永磁同步发电机，以其低压大功率的特性和能够适应装备空间、输出电压约束的特点，被广泛认为在特种装备整流系统中具有广阔的应用前景。
[0003]直流电能系统中的负载形式多样、工况复杂。目前，传统的发电机整流控制，电压外环采用比例积分控制器，不能够及时响应负载的快速变化，存在电压恢复时间长、电压波动大等缺点，不利于用电设备的可靠运行。因此，从永磁同步发电机PWM整流稳压控制的角度，需要专利技术出与负载功率突变相适应的控制策略。本专利技术根据母线电容能量与功率交换的数学模型，得到直接计算交轴电流的方法，能够有效降低直流侧母线电压波动幅值、加快母线电压恢复速度，为负载提供稳定可靠的直流电能，确保系统的安全运行。
[0004]另一方面，因为系统中存在损耗且不易估算，造成交轴电流计算存在误差，使用电容储能反馈比例积分控制的方式，补偿这部分误差，物理意义更加明确，有利于提升母线电压控制精度。矢量控制能够对定子电流谐波具有较好的抑制效果，电流波形畸变小、转矩脉动低等优点，在电机控制领域被广泛使用。双三相永磁同步发电机整流系统采用矢量控制，可以减少谐波带来的损耗，有利于提高交轴电流的计算准确度，减少因系统损耗带来的计算误差。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对传统的母线电压外环比例积分控制存在电压恢复时间长、电压波动大等问题。利用母线电容能量和功率交换数学模型，推导得到交轴电流的计算公式，直接作为交轴电流内环的给定，从而提升母线电压的响应速度。因整流系统存在损耗，交轴电流计算公式存在误差，利用电容储能反馈比例积分控制器，补偿这部分误差，提升母线电压的控制精度。为了进一步减少系统损耗对交轴电流计算公式的影响，对四维电流内环进行比例积分控制，采用最大四矢量空间电压矢量，降低相电流的畸变，减少发电机的谐波损耗，提升交轴电流的计算准确性。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：根据母线电容所储存的能量与功率交换数学模型，提出直接计算出交轴电流内环的给定值；
[0009]步骤2：考虑到实际整流系统存在损耗，交轴电流的计算会存在误差，提出利用电
容储能反馈比例积分控制器，补偿这部分误差；
[0010]步骤3：交轴电流的计算和电容储能反馈共同配合，生成交轴电流内环的参考值；
[0011]步骤4：四维电流内环均使用比例积分控制器，采用最大四矢量空间电压矢量，降低相电流的畸变，减少发电机的谐波损耗，提升交轴电流的计算准确性。
[0012]进一步，所述步骤1中：
[0013]直流侧母线电容所储存的能量可表示为：
[0014][0015]式中，E
C
表示母线电容所储能量；C为母线电容容值；U
dc
表示母线电容电压；
[0016]电容所储存的能量与其充电功率构成微分关系，故电容的充电功率可以表示成：
[0017][0018]式中，P
C
表示电容充电功率；
[0019]不考虑整流器损耗，以直流侧电容为节点，列写电容两端的瞬时功率平衡方程：
[0020][0021]式中，P
S
为永磁同步发电机输出的有功功率；i
dc
为直流母线负载电流；
[0022]电机的交直轴定子电压方程：
[0023][0024]式中，L
d
、L
q
分别为d
‑
q轴电感，i
d
、i
q
分别为d
‑
q轴电流，Rs为定子电阻，ψ
f
为永磁磁链幅值，ω
e
为电角速度；
[0025]将上式代入电容两端的瞬时功率平衡方程，得到具体的瞬时功率平衡关系为：
[0026][0027]上式中，左边为母线电容充电功率，右边第一项为发电机输出的电磁功率，第二项为负载消耗功率，其余项为定子电阻、电感上的损耗，若忽略这些损耗，则可以简化得到母线电容能量与功率交换数学模型为：
[0028][0029]进一步整理，可以得到理想的交轴电流计算公式为：
[0030][0031]实际系统采用数字控制实现，则进一步整理上式，得到直接计算交轴电流内环的给定值为：
[0032][0033]式中，为直接计算得到的交轴电流内环给定值；为母线电压给定值；T
t
为电容储能达到给定的预计时间；
[0034]交轴电流的计算包含两部分，一是负载功率计算，二是电容充电功率计算；将母线电压的给定值与实际母线电流采样值i
dc
相乘，获得负载功率，在空载情况下电容充电过程，以T
t
作为电容储能调节时间，得到该段时间内电容充电的平均功率为：
[0035][0036]式中，为在T
t
时间内电容充电的平均功率；
[0037]在k时刻，电容尚未达到目标储能量，假定经过T
t
时间后，能充电至目标状态。按此时需要的充电功率，计算交轴电流所需大小，至k+1时刻，根据新的充电功率计算交轴电流大小，依此类推，充电功率逐步下降，最终达到目标储能量。
[0038]进一步，所述步骤2中：
[0039]实际系统存在损耗，例如电机定子电阻损耗、电机电感损耗、整流器开关损耗、母线电容寄生参数损耗等，这些损耗导致交轴电流计算有误差，采用电容储能反馈比例积分控制器补偿误差，补偿部分的交轴电流由下式给出：
[0040][0041]式中，为电容储能反馈控制器补偿的交轴电流；ΔE
C
为给定母线电容储能能量与实际所储能量差值；为电容储能反馈控制器比例系数；为电容储能反馈控制器积分系数；s为拉普拉斯变换的复变量。
[0042]进一步，所述步骤3中：
[0043]交轴电流内环的参考值由两部分组成，第一部分是通过公式直接计算得到的交轴电流给定的主要分量其由电容充电功率和负载功率构成，提供发电机主要的输出电磁功率，在负载动态变化的过程中，迅速调整给定值，加快电压外环的响应；
[0044]第二部分是电容储能反馈比例积分控制器的输出作为交轴电流给定的补偿分量实际系统损耗存在且不易估算，需要精确的电机和整流器模型，为了补偿这部分损耗造成的交轴电流计算误差，引入电容储能反馈，达到母线电压的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据母线电容所储存的能量与功率交换数学模型，提出直接计算出交轴电流内环的给定值；步骤2：考虑到实际整流系统存在损耗，交轴电流的计算会存在误差，提出利用电容储能反馈比例积分控制器，补偿这部分误差；步骤3：交轴电流的计算和电容储能反馈共同配合，生成交轴电流内环的参考值；步骤4：四维电流内环均使用比例积分控制器，采用最大四矢量空间电压矢量，降低相电流的畸变，减少发电机的谐波损耗，提升交轴电流的计算准确性。2.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法，其特征在于，所述步骤1中：直流侧母线电容所储存的能量可表示为：式中，E
C
表示母线电容所储能量；C为母线电容容值；U
dc
表示母线电容电压；电容所储存的能量与其充电功率构成微分关系，故电容的充电功率可以表示成：式中，P
C
表示电容充电功率；不考虑整流器损耗，以直流侧电容为节点，列写电容两端的瞬时功率平衡方程：式中，P
S
为永磁同步发电机输出的有功功率；i
dc
为直流母线负载电流；电机的交直轴定子电压方程：式中，L
d
、L
q
分别为d
‑
q轴电感，i
d
、i
q
分别为d
‑
q轴电流，Rs为定子电阻，ψ
f
为永磁磁链幅值，ω
e
为电角速度；将上式代入电容两端的瞬时功率平衡方程，得到具体的瞬时功率平衡关系为：上式中，左边为母线电容充电功率，右边第一项为发电机输出的电磁功率，第二项为负载消耗功率，其余项为定子电阻、电感上的损耗，若忽略这些损耗，则可以简化得到母线电容能量与功率交换数学模型为：进一步整理，可以得到理想的交轴电流计算公式为：
实际系统采用数字控制实现，则进一步整理上式，得到直接计算交轴电流内环的给定值为：式中，为直接计算得到的交轴电流内环给定值；为母线电压给定值；T
t
为电容储能达到给定的预计时间；交轴电流的计算包含两部分，一是负载功率计算，二是电容充电功率计算；将母线电压的给定值与实际母线电流采样值i
dc
相乘，获得负载功率，在空载情况下电容充电过程，以T
t
作为电容储能调节时间，得到该段时间内电容充电的平均功率为：式中，为在T
t
时间内电容充电的平均功率。3.根据权利要求2所述的一种双三相永磁同步发电机新型稳压控制方法，其特征在于，还包括，在k时刻，电容尚未达到目标储能量，假定经过T
t
时间后，能充电至目标状态，按此时需要的充电功率，计算交轴电流所需大小，至k+1时刻，根据新的充电功率计算交轴电流大小，依此类推，充电功率逐步下降，最终达到目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文祥，郝亮，吉敬华，和阳，许德志，王玉雪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：