关键词：机械弹性储能实验系统;;永磁同步发电机;;反推自适应控制;;I/f控制
摘 要：电对人类的生产生活有着至关重要的影响,储能系统被视为电力生产过程中“发-输-配-用-储”五大环节中的一个重要组成部分。机械弹性储能技术是最近提出的一种新型储能技术,它以机械涡簧为储能介质,以永磁同步电机为执行机构实现能量的存储和发电。本文针对机械弹性储能系统发电运行中遇到的实际问题,主要对机械弹性储能实验系统发电运行的模型和控制策略进行了研究。论文的主要工作如下:(1)分析了机械弹性储能实验系统的工作原理,基于系统发电运行的实际结构,建立了储能箱、永磁同步发电机、变流器的数学模型。根据系统的数学模型分析了发电运行中控制问题的形成原因,为后续的研究奠定了基础。(2)机械弹性储能实验系统发电运行时涡簧形状不断发生变化,导致其输出扭矩和惯量表现出时变特性。针对这一问题,本文提出了一种动力源扭矩和转动惯量时变的PMSG反推控制策略,使用降维观测器辨识涡簧输出的动力源扭矩,用朗道辨识算法辨识系统的转动惯量,并将扭矩和惯量辨识结果结合反推自适应方法设计了反推控制器。仿真结果表明,降维观测器和朗道辨识算法能够快速跟踪变化的扭矩和转动惯量,反推自适应控制器能够有效抑制储能箱参数变化带来的扰动,PMSG的速度和输出电流能够得到有效控制。(3)为防止系统启动时定子过流的“过冲”问题,并进一步考虑实际运行过程中电机参数的不确定性,解决速度传感器带来的成本高、使用不便等问题,文章还提出了一种无传感器的PMSG闭环I/f反推自适应控制策略。通过建立定子电流矢量定向下的PMSG数学模型和I/f控制特有的“转角-自平衡”特性,使得以定子电流定向的dq轴和以电机转子定向的dq轴之间的转角恒定从而使转速和电流跟踪跟定值。仿真结果表明,该控制方法能够防止启动阶段PMSG定子过流,保证速度平滑切换并且无需速度传感器。将闭环I/f结合反推自适应控制构建的辨识算法能够较精确地估计出PMSG未知的电阻和电感值,具有良好的控制效果。
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