弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法，属于电机控制技术领域；解决了新型弹性势能储能系统储能过程中需同时兼顾响应速度和抗扰动性能的需求问题；基于储能系统精确数学模型，结合反推控制算法，以转速、转矩、磁链为虚拟控制变量，得到定子电压在两相静止坐标系下的参考分量，同时设计转矩/转动惯量自适应律能消除系统参数扰动对储能过程控制性能的影响，进一步应用电压空间矢量调制方法产生频率恒定的开关信号，控制变频器运行，驱动PMSM完成系统储能过程。本发明专利技术应用于新型弹性势能储能系统。发明专利技术应用于新型弹性势能储能系统。发明专利技术应用于新型弹性势能储能系统。

【技术实现步骤摘要】
弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法


[0001]本专利技术提供了一种弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法，属于电机控制


技术介绍

[0002]新型弹性势能储能是一种通过平面涡卷弹簧组(spiral torsion springs，STSs)存储弹性势能的储能方式，适用场景为短时间大功率储能发电场合。储能过程中，永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)驱动储能箱组逐渐拧紧封装在其内部的STSs，储能箱反转矩迅速增大，转动惯量同时持续变化，需要PMSM输出转矩能够快速响应储能箱转矩变化，同时抑制储能箱参数扰动，以避免引起STSs的机械抖震从而降低机组储能效率和使用寿命。现有的控制方法首先通过遗忘因子最小二乘辨识算法辨识储能箱实时参数，再反馈至控制系统，并加入了辨识误差抑制环节，虽然满足新型弹性势能储能性能要求，但控制策略先辨识后控制的“两步走”方式，且分别采用不同的控制算法，导致系统异常复杂，计算量庞大；或者虽然也采用了“参数自适应”控制思路，辨识和控制“一步走”，但控制模型不是基于直接转矩控制，牺牲了部分响应速度。因此需要一种基于直接转矩控制模型的PMSM强鲁棒控制技术，不仅能实现参数辨识和控制可以“一步走”，同时也能实现转矩快速响应，并对扰动参数进行有效抑制，保证储能系统平稳高效完成。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决新型弹性势能储能系统储能过程中需同时兼顾响应速度和抗扰动性能的需求问题，提出了一种弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法，包括如下步骤：
[0005]a.根据储能箱特性，建立其参数配置数学模型，其表达式如下：
[0006][0007][0008]建立PMSM在α、β轴坐标系下的数学模型，其表达式如下：
[0009]定子电流方程：
[0010][0011]定子磁链方程：
[0012][0013]转子运动方程；
[0014][0015]电磁转矩方程：
[0016][0017]上式中：m表示储能箱组由m个储能箱串联联动而成；n表示每个储能箱并列封装有n个STS；T
mnL
为储能箱组转矩；J
mn
为储能箱组转动惯量；T0为单根STS初始转矩；E为STS弹性模量，I为STS惯性矩，L、b、h分别为STS长、宽、厚度；ω为电机转速；t为时间；t
max
为储能全过程所需要的时间；J0为STS转动惯量固定部分；J
e
为STS转动惯量变化部分的最大值；u
α
、u
β
为定子α、β轴电压；i
α
、i
β
为定子α、β轴电流；E
α
、E
β
电机反电动势的α、β轴分量；ψ
α
、ψ
β
为定子磁链ψ
s
的α、β轴分量；T
e
为电磁转矩；n
p
为电机极对数；J为转动惯量；T
L
为负载转矩；B
m
为粘滞阻尼系数；R为定子电阻；L为定子电感；n
max
为储能箱组有效工作圈数。
[0018]b.直接转矩自适应控制算法：
[0019][0020][0021][0022][0023][0024]上式中：ψ
s
为定子磁链；T
e
为电磁转矩；ω为电机转速；ω
ref
、T
eref
、ψ
sref
为ω、T
e
、ψ
s
参考值；e
ω
、e
T
、e
ψ
为ω、T
e
、ψ
s
误差变量；是T
L
、J实时值；ΔT
L
、ΔJ是T
L
、J变化值；k1为转速控制增益；k2为电磁转矩控制增益；k3为磁链控制增益；u
αref
、u
βref
为u
α
、u
β
参考值；r1为负载转矩自适应系数；r2为转动惯量自适应系数；u
α
、u
β
为定子α、β轴电压；i
α
、i
β
为定子α、β轴电流；E
α
、E
β
为电机反电动势的α、β轴分量；ψ
α
、ψ
β
为定子磁链ψ
s
的α、β轴分量；R为定子电阻；L为定子电感；n
p
为电机极对数；为的一阶导数；为ω
ref
的一阶导数；为ω
ref
的二阶导数；为ΔT
L
的一阶导数；为ΔJ的一阶导数。
[0025]c将控制电压u
αref
、u
βref
输入到PMSM数学模型，实现对储能过程的直接转矩强鲁棒控制。
[0026]本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术基于PMSM直接转矩控制模型，结合反推控制算法实时调整控制参数，并通过转矩和转动惯量的自适应控制律修正参数偏移带来的扰动，使控制系统在不损失控制速度的同时提高了控制精度，提高了储能系统性能。
附图说明
[0027]下面结合附图对本专利技术做进一步说明：
[0028]图1是新型弹性势能储能系统的控制框图；
[0029]图2是根据本专利技术的控制方法对新型弹性势能储能系统进行仿真分析得到的PMSM转速波形；
[0030]图3是根据本专利技术的控制方法对新型弹性势能储能系统进行仿真分析得到的PMSM转矩波形；
[0031]图4是根据本专利技术的控制方法对新型弹性势能储能系统进行仿真分析得到的PMSM定子电流波形。
具体实施方式
[0032]如图1至图4所示，本专利技术提供了一种新型弹性势能储能机组能量存储过程直接转矩参数自适应控制方法，所述方法首先建立由储能箱参数配置数学模型、PMSM直接转矩控制模型形成的储能系统的数学模型；基于PMSM直接转矩控制模型，通过反推控制算法，结合参数自适应控制思想，通过逐步构建正定收敛的李雅普诺夫函数，得到转速、转矩、磁链反推控制器，输入控制目标参考值和电压电流检测值就可以得到PMSM定子电压在两相静止坐标系下的参考分量，进一步应用电压空间矢量调制方法产生频率恒定的开关信号，控制变频器运行，驱动PMSM完成系统储能过程。
[0033]下面根据附图对本专利技术的方法进行进一步说明。
[0034]1.新型弹性势能储能系统数学模型
[0035]新型弹性势能储能系统控制框图如图1所示，新型弹性势能储能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立由储能箱参数配置数学模型、PMSM直接转矩控制模型形成的新型弹性势能储能系统的数学模型；S2：基于PMSM直接转矩控制模型，结合反推控制算法和参数自适应控制思想，通过逐步构建正定收敛的李雅普诺夫函数，以转速、转矩、磁链为虚拟控制变量，得到转速、转矩、磁链反推控制器，输入控制目标参考值和电压电流检测值得到PMSM定子电压在两相静止坐标系下的参考分量；S3：应用电压空间矢量调制方法产生频率恒定的开关信号，控制变频器运行，驱动PMSM完成系统储能过程。2.根据权利要求1所述的一种弹性势能储能系统PMSM直接转矩参数自适应控制方法，其特征在于：所述新型弹性势能储能系统通过永磁同步电机PMSM驱动储能箱完成储能过程，储能箱能量存储形式为弹性势能，设储能箱组由m个储能箱串联联动而成，单个储能箱并列封装有n个STS，其数学模型如下：并列封装有n个STS，其数学模型如下：上式中：T
mnL
为储能箱组转矩；J
mn
为储能箱组转动惯量；T0为单根STS初始转矩；E为STS弹性模量，I为STS惯性矩，L、b、h分别为STS长、宽、厚度；ω为电机转速；t为时间；t
max
为储能全过程所需要的时间；J0为STS转动惯量固定部分；J
e
为STS转动惯量变化部分的最大值；n
max
为储能箱组有效工作圈数；所述PMSM直接转矩控制模型在α、β轴坐标系下的数学模型为：定子电流方程：定子磁链方程：
转子运动方程：电磁转矩方程：上式中：u
α
、u
β
为定子α、β轴电压，i
α
、i
β
为定子α、β轴电流，L为定子电感，ψ
α
、ψ
β
为定子磁链α、β轴分量，R为定子相电阻，n
p
为转子极对数，ω为转子机械角速度，J为转动惯量，T
e
为电磁转矩，T
L
为负载转矩，B
m
为粘滞阻尼系数，E
α

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓明，梁燕，陈洁，胡迎迎，王凯凯，张翔宇，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：