CN103166374A - Mees机组储能过程混沌控制及其谐波振荡消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新的基于机械弹性的储能混沌现象控制及消除方法,推导了永磁电机式机械弹性储能(MEES)机组的非线性动力学模型,机组在储能过程中某些参数及运行条件下会出现混沌运动,然后系统已知及未知参数进行控制,利用一个最简单的控制器可以消除永磁电机式机械弹性储能的混沌现象。
Description
技术领域
本发明涉及MEES机组储能过程混沌控制及谐波振荡消除方法,属于电气工程领域。
背景技术
当前, 我国最高用电负荷持续增加, “间歇性”电源接入占比不断扩大, 设计一种大容量电能储存装置, 对于保证电能的供需平衡, 解决智能电网和规模化“间歇性” 电源入网问题具有十分重要的意义。在深入研究涡簧弹性储能原理的基础上, 本发明提出了一种机械弹性储能(mechanical elastic energy storage, MEES) 机组建立其非线性动力学模型,揭示了永磁电机式机械弹性储能机组混沌产生机理,并其对其进行控制及抑制。
人们对于机械弹性储能从不同的角度提出了很多消除谐振的措施,,取得了很多研究成果。提出了不同的消除谐振的措施。而对混沌产生机理,并其对其进行控制及抑制方法却鲜有报道。
本发明采用一个最简易控制器,可以实现MEES机组储能过程混沌谐振的快速控制及消除。
发明内容
本发明提供了一种MEES机组储能过程混沌控制及谐波振荡消除方法,该方法首先根据MEES机组储能过程模型如图1所示,该方法首先提出了一种新的基于机械弹性的储能方法,推导了永磁电机式机械弹性储能(MEES) 机组的非线性动力学模型,机组在储能过程中某些参数及运行条件下会出现混沌运动,然后系统变量进行控制,利用一个最简单的控制器可以消除变永磁电机式机械弹性储能的混沌现象。
本发明提出的技术方案具体步骤包括:永磁电机式MEES 机组由储能箱、齿轮变速箱、永磁同步电机、双向变流器、断路器和机组控制器等组成, 几十个甚至更多个这样的机组组合在一起, 可建成机械弹性储能电站. 机械弹性储能电站通过一个集中的中央控制器实现对多个机组的顺序储能、发电控制, 可实现大规模电能存储与发电之目的。永磁电机式MEES机组以储能箱储能涡簧的弹性变形能作为动力源或负载, 其运行原理分为储能与发电两个过程: 储能时, 电能驱动永磁电机运行, 电机再通过齿轮变速箱使储能箱中的涡簧拧紧,涡簧就以弹性势能的形式将能量储存起来, 完成电能到弹性势能的转换; 之后, 涡簧维持锁紧状态, 直到接收到一个能量释放的控制信号; 当释能时, 储能箱中锁紧的涡簧开始释放, 通过齿轮变速箱带动储能电机发电(或并网), 实现弹性势能到电能转换的能量释放过程。
采用永磁电机和全功率双向变流器的MEES机组模型,机械弹性储能箱是MEES 机组的储能元件, 储能时, 储能箱相当于永磁电机的输出负载, 若要求储能箱以恒定角速度储存能量, 其扭矩公式可写为
其中, T 为储能箱扭矩, T0 为初始扭矩, ω为储能箱储能角速度, E 为涡簧材料弹性模量, B 为材料宽度, H 为材料厚度, L 为涡簧长度。
对方程(2)进行仿射变换及时间尺度变换,其无量纲方程为:
控制参数可选取为
(8)
在(8)式的作用下,永磁同步电机可以从混沌状态脱离出来,实现速度和电流的跟踪,并保持在稳定状态。
则q轴期望电流为
(10)
设计控制律
(12)
在上述自适应控制律控制下,可以使得系统脱离混沌态,达到转速、电流的渐近跟踪,保证系统的全局一致渐近稳定。可以使得参数估计一致收敛。
其谐波振荡抑制控制器为
本发明的技术效果:本发明提出的上述提出了一种新的基于机械弹性的储能方法,推导了永磁电机式机械弹性储能(MEES) 机组的非线性动力学模型,机组在储能过程中某些参数及运行条件下会出现混沌运动,然后系统变量进行控制,利用一个最简单的控制器可以消除永磁电机式机械弹性储能的混沌现象。
附图说明
图1为永磁电机式机械弹性储能(MEES) 机组电力模型图。
图2为系统(3)时域响应及其二维及三维相图(a)振荡时域响应;(b)系统混沌吸引子。
具体实施方式
实施例:
电采用永磁电机和全功率双向变流器的MEES机组模型如图1所示,机械弹性储能箱是MEES 机组的储能元件, 储能时, 储能箱相当于永磁电机的输出负载, 若要求储能箱以恒定角速度储存能量, 其扭矩公式可写为
其中, T 为储能箱扭矩, T0 为初始扭矩, ω为储能箱储能角速度, E 为涡簧材料弹性模量, B 为材料宽度, H 为材料厚度, L 为涡簧长度。
(2)
对方程(2)进行仿射变换及时间尺度变换,其无量纲方程为:
控制参数可选取为
在(8)式的作用下,永磁同步电机可以从混沌状态脱离出来,实现速度和电流的跟踪,并保持在稳定状态。
则q轴期望电流为
设计控制律:
通过选择合适的自适应控制增益,在自适应控制器的作用下,电机脱离混沌态,稳定运行在期望转速上。参数估计值会快速的收敛到真实值。
其消谐控制器为
从图3可以看出,此种上述自适应方法可以有效消除永磁电机式MEES 机组系统谐波特性。
该永磁电机式MEES 机组系统输出结果良好。使用结果表明该方法对于永磁电机式MEES 机组系统中的噪声电平及谐波有很好的抑制度,与同类机组相比,能够获得更好的输出效果。
Claims (6)
1.一种MEES机组储能过程混沌控制及谐波振荡消除方法,其特征在于:该方法首先提出了一种新的基于机械弹性的储能方法,推导了永磁电机式机械弹性储能(MEES) 机组的非线性动力学模型,机组在储能过程中某些参数及运行条件下会出现混沌运动,然后系统变量进行控制,利用一个最简单的控制器可以消除变永磁电机式机械弹性储能的混沌现象。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:永磁电机式MEES 机组由储能箱、齿轮变速箱、永磁同步电机、双向变流器、断路器和机组控制器等组成, 几十个甚至更多个这样的机组组合在一起,可建成机械弹性储能电站;机械弹性储能电站通过一个集中的中央控制器实现对多个机组的顺序储能、发电控制, 可实现大规模电能存储与发电之目的;永磁电机式MEES机组以储能箱储能涡簧的弹性变形能作为动力源或负载,其运行原理分为储能与发电两个过程:储能时,电能驱动永磁电机运行,电机再通过齿轮变速箱使储能箱中的涡簧拧紧,涡簧就以弹性势能的形式将能量储存起来,完成电能到弹性势能的转换;之后,涡簧维持锁紧状态,直到接收到一个能量释放的控制信号;当释能时,储能箱中锁紧的涡簧开始释放,通过齿轮变速箱带动储能电机发电(或并网),实现弹性势能到电能转换的能量释放过程。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:采用永磁电机和全功率双向变流器的MEES机组模型,机械弹性储能箱是MEES 机组的储能元件, 储能时, 储能箱相当于永磁电机的输出负载, 若要求储能箱以恒定角速度储存能量, 其扭矩公式可写为
其中,T 为储能箱扭矩,T0 为初始扭矩,ω为储能箱储能角速度,E 为涡簧材料弹性模量,B 为材料宽度,H 为材料厚度,L 为涡簧长度;储能时, 永磁电机运行于电动机状态,,其同步旋转轴下的数学模型为
式中,式中,,分别为变换 d ,q 轴电压和负载扭矩,为转子角速度,为 转子永久磁链,是定子电阻,是极对数,J 是转子惯量,b 是阻尼系数, 和分别是直轴和交轴电感,对方程(2)f进行仿射变换及时间尺度变换,其无量纲方程为:
则得到其简化动力学方程。
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2013
- 2013-03-21 CN CN2013100909861A patent/CN103166374A/zh active Pending
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