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专利号: 201810157108X
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种隐极式混合励磁电机恒功率损耗模型预测控制方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:在当前k时刻从隐极式混合励磁电机主电路采集相电流ia(k)、ib(k)、ic(k)和励磁电流if(k),母线电压Udc(k)和励磁电压Uf(k),将采集到的信号经电压跟随、滤波、偏置及过压保护调理后进行处理,检测电机准确初始位置,计算得到电机转子位置角θr和转速n;

步骤2:将步骤1得到的相电流ia(k)、ib(k)、ic(k)经A/D转换后,采用Park变换得到k时刻两相旋转坐标系下的定子d轴电流id(k)和q轴电流iq(k);

*

步骤3:将给定转速n与步骤1得到的转速n相比较,转速偏差经过比例积分控制器处理后得到给定转矩Te*,将给定功率损耗Ploss*与初始估算功率损耗Ploss相比较,初始估算功率损耗Ploss为0,功率偏差经过比例积分控制器处理后输出最大转矩Tlim,若转矩需求高于Tlim,那么转矩参考值Teref为Tlim,若转矩需求低于Tlim,那么转矩参考值Teref为Te*,根据Teref和步骤1得到的转速n计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref和励磁电流参考值ifref,将idref、iqref、ifref和步骤1得到的转速n得出估算功率损耗Ploss;

步骤4:根据步骤3得到的d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref和励磁电流参考值ifref,步骤2得到的k时刻d轴电流id(k)和q轴电流iq(k),步骤1得到的励磁电流if(k)、转速n计算k时刻d轴参考电压udref、q轴参考电压uqref和励磁参考电压ufref;

步骤5:将步骤4得到的d轴参考电压udref和q轴参考电压uqref进行旋转正交-静止两相变换后得到两相静止αβ坐标系下的电压信号uα与uβ,经过空间矢量脉冲宽度调制模块后输出6路脉冲宽度调制信号,驱动主功率变换器;同时步骤4得到的励磁参考电压ufref经过励磁脉宽调制模块输出4路脉冲宽度信号来驱动励磁功率变换器。

2.根据权利要求1所述的一种隐极式混合励磁电机恒功率损耗模型预测控制方法,其特征在于,所述步骤3估算功率损耗Ploss的具体步骤为:隐极式混合励磁同步电机在dq参考坐标系下的数学模型为:

磁链方程:

电压方程:

电磁转矩方程:

其中,ψd、ψq、ψpm、ψf分别d轴、q轴、永磁与励磁绕组磁链;Ld、Lq、Lf分别为d轴、q轴与励磁绕组电感,Mf为电枢与励磁绕组之间的互感;id、iq、if分别为d轴、q轴与励磁绕组电流,ωe为电角速度;ud、uq、uf分别为d轴、q轴与励磁绕组电压,Rs为电枢绕组电阻,Rf为励磁绕组电阻;

Te为电磁转矩,p为电机极对数;

混合励磁同步电机总损耗Ploss表达式为:

其中,Pcu表示铜耗,PFe表示铁耗;

混合励磁同步电机可运行于低速区或高速区:

当混合励磁同步电机运行于低速区,计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref和励磁电流参考值ifref;

根据式(3)与式(4)建立如下拉格朗日函数,λ为拉格朗日乘子,上式(5)分别对id、iq、if、λ求导,得

令 得式(7),根据式(7)计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref和励磁电流参考值ifref

式中,系数k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10分别由下列式子求得:令id=idref,iq=iqref,if=ifref,把式(7)代入式(4)得到估算功率损耗Ploss;

当混合励磁同步电机运行于高速区,计算d轴电流参考值idref、q轴电流参考值iqref和励磁电流参考值ifref电机运行在高速区时,反电动势接近输入电压,采用弱磁控制方法提升转速,在弱磁过程中,保持反电动势基本不变,充分利用母线电压,保持电机高效运行,可得:整理得,

其中,nN为电机额定转速、n为电机转速,

根据式(3)、式(4)与式(9)建立如下拉格朗日函数,λ1和λ2为拉格朗日乘子,上式分别对id、iq、if、λ1、λ2求导,得

令 得式(12),根据式(12)计算d轴电流参考值

idref、q轴电流参考值iqref和励磁电流参考值ifref,式中,系数k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8、k9、k10分别由下列式子求得:令id=idref,iq=iqref,if=ifref,把式(7)代入式(12)中得到估算功率损耗Ploss。

3.根据权利要求2所述的一种隐极式混合励磁电机恒功率损耗模型预测控制方法,其特征在于,所述步骤4中计算d轴参考电压udref、q轴参考电压uqref和励磁参考电压ufref的具体步骤为:混合励磁同步电机在d-q坐标系下的状态空间方程如下所示:采用欧拉法离散化式(13),得

其中,Ts是采样时间,id(k)是k时刻d轴电流预测值,iq(k)是k时刻q轴电流预测值,if(k)是k时刻励磁电流预测值;

构造价值函数g:

g=|idref(k+1)-id(k+1)|+|iqref(k+1)-iq(k+1)|+|ifref(k+1)-if(k+1)|  (15)为使价值函数最小化,理想的情况为其中,id(k+1)是k+1时刻d轴电流预测值,iq(k+1)是k+1时刻q轴电流预测值,if(k+1)是k+1时刻励磁电流预测值,idref(k+1)是k+1时刻d轴参考电流预测值,iqref(k+1)是k+1时刻q轴参考电流预测值,ifref(k+1)是k+1时刻参考励磁电流预测值,将式(14)代入式(16)得:

其中,ud(k)、uq(k)和uf(k)分别代表k时刻d轴参考电压udref、q轴参考电压uqref和励磁参考电压ufref。