CN108566129A - 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法 - Google Patents

一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108566129A
CN108566129A CN201810544845.5A CN201810544845A CN108566129A CN 108566129 A CN108566129 A CN 108566129A CN 201810544845 A CN201810544845 A CN 201810544845A CN 108566129 A CN108566129 A CN 108566129A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
current
command value
permanent magnet
magnet generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810544845.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108566129B (zh
Inventor
张卓然
黄健
蒋云逸
韩建斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201810544845.5A priority Critical patent/CN108566129B/zh
Publication of CN108566129A publication Critical patent/CN108566129A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108566129B publication Critical patent/CN108566129B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/105—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for increasing the stability
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/30—Special adaptation of control arrangements for generators for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法，系统部分包括高阻抗永磁发电机、桥式功率变换器、发电机断路器、实时采集电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、实时采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、实时采集直流侧输出电压的电压传感器、电气负载；方法部分将二自由度控制器代替PI控制器并将其应用在外环电压环，通过两组可调参数来调节系统的设定值跟随性能以及抗干扰性能。为了进一步减小突加、突卸负载时直流侧电压的波动，通过控制交轴电流的变化量用于调节直流侧电压的指令值，当负载突加时，直流侧电压指令值增大，当负载突卸时，直流侧电压指令值减小。本发明无需额外硬件，实现简单，在突加、突卸负载的情况下能够降低直流侧输出电压的波动，提高系统的动态性能。

Description

一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种发电系统，尤其涉及一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，属于发电技术领域。
背景技术
机载系统预计将具有更低的油耗、更低的重量、更安全、更容易维护。因此，多电飞机的概念被提出。多电飞机采用电气系统取代气动和液压系统，如发动机的起动、环境控制系统、机翼防冰系统、驱动系统等等。同时，多电飞机也导致了对电能的需求不断增加，该电能由发动机驱动的发电机提供。因此，发电机的类型将对飞机电源系统产生很大的影响。永磁电机具有高功率密度、高效率和高速的优点，结合PWM可控整流器，永磁电机在飞机高压直流电源系统中具有很强的竞争力。
在实际应用中，快的动态响应速度、稳定的设定值跟随性能以及强的抗干扰性能是飞机电源系统的要求。当永磁电机作为电动机运行时，将负载转矩视为外部干扰，而对于永磁发电机，将直流侧电气负载视为外部干扰。外部干扰会导致电机速度或者直流侧输出电压的波动，从而影响系统的动态性能。针对负载转矩的扰动，滑模控制、鲁棒控制、自适应控制以及二自由度控制能够抑制负载转矩的扰动。滑模控制的特点是根据当前状态变量来调整反馈控制系统的结构，然后系统向着预先设计的状态运行，系统的动态性能与系统参数和外界干扰无关，它具有响应速度快、鲁棒性强等优点。鲁棒控制的目的是最小化控制器对模型不确定性(包括外部扰动和参数摄动)的灵敏度。通过自适应控制建立参考模型，通过调整参考模型输出与实际模型输出之间的误差来调整控制参数，使实际系统的输出尽可能接近参考模型的输出。二自由度控制有两套可调参数，可以用来分别调整系统的设定值跟随性能和抗干扰能力。在这些方法中，自适应控制由于易于实现和精度高，成为常用的方法。然而，针对电气负载突加、突卸引起的扰动，相应的扰动抑制方法却很少。现有的方法主要是有源阻尼法，通过在直流侧并联虚拟的电阻来减小等效的电阻和时间常数，从而提高突加、突卸负载时的动态响应速度。但是，该方法的缺点是影响系统的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的永磁可控发电系统在负载突变情形下的直流侧输出电压波动大的问题，提供一种实现简单、有效可靠的降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法。
本发明的降低直流侧电压波动的永磁发电系统，其特征在于，包括：永磁发电机、桥式功率变换器、发电机断路器、实时采集电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、实时采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、实时采集直流侧输出电压的电压传感器、电气负载；所述永磁发电机为高阻抗永磁电机，绕组星型连接，且为集中绕组，隔齿绕制。
如上所述降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，其特征在于，所述控制方法包括外环和内环两部分，所述外环为电压环，内环为电流环；首先，将实际检测的直流侧电压与直流电压指令值相比较，经过二自由度控制器，产生交轴电流指令值；然后，通过霍尔电流传感器检测得到三相绕组电流，通过坐标变换得到两相旋转坐标系下的电流，用于电流闭环控制，内环电流环采用传统PI控制；同时采用交轴电流反馈补偿法用于补偿直流侧电压指令值，从而降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动。
进一步地，所述二自由度控制器具有两组可调参数，其中一组可调参数能够改善系统的抗干扰性能，降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动，另一组可调参数能够改善系统的设定值跟随性能，使直流侧输出电压能够稳定、准确、快速的跟随直流电压指令值，两组可调参数通过内模控制原理来进行解析设计。
进一步地，所述交轴电流反馈补偿法为采样当前时刻的交轴电流，经过延时模块得到前m时刻的交轴电流，然后得到前m时刻的交轴电流与当前时刻交轴电流的差值，该差值经过比例因子从而得到直流电压指令值的调节量。若负载突加，交轴电流的差值为一正值，则电压调节量也为正值，导致直流电压指令值增大，从而降低由于突加负载引起的直流侧输出电压的下降，若负载突卸，交轴电流的差值为一负值，则电压调节量也为负值，导致直流电压指令值减小，从而降低由于突卸负载引起的直流侧输出电压的上升。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，将二自由度控制应用于永磁可控发电系统的电压环，该控制方法具有两组可调参数，能够分别调节系统的设定值跟随性能和抗干扰性能，能够降低负载突变带来的直流侧电压波动。
2、本发明的降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，在负载突然变化时，根据交轴电流的变化实时调整直流电压指令值，即负载突加时，直流电压指令值增大，负载突卸时，直流电压指令值减小。该方法能够进一步降低负载突变带来的直流侧输出电压波动，具有实现简单，无需额外硬件的优点。
附图说明
图1为本发明的降低直流侧电压波动的永磁发电系统框图；
图2为电流控制器的结构图；
图3为内模控制器二自由度控制结构图。
图中标号说明：T1、T2、T3、T4、T5、T6为带有反并联二极管的开关管，C为直流侧滤波电容，K1为发电机断路器，Ha、Hb、Hc为霍尔电流传感器；ia、ib、ic为三相电枢电流，θ为转子位置角，ωe为转子电角速度，Udc为实际直流侧电压，Udc*为直流电压指令值。iq、id为三相绕组中的交、直轴电流，iqref、idref为交、直轴电流指令值；Eq、Ed为交、直轴电流的误差，uq'、ud'为交、直轴电压指令值，uq、ud为经过前馈解耦的三相绕组的交、直轴电压；iq(k)为k时刻的交轴电流，iq(k-m)为k-m时刻的交轴电流，Δiq为k时刻与k-m时刻的交轴电流变化量，kp为比例因子，z-m为一延迟环节，延迟m个采样周期，Δu为直流电压指令值的调节量；C1(s)为设定值滤波器，C2(s)为扰动控制器。
图3中，Q1(s)、Q2(s)为二自由度内模控制器，Q1(s)用于调节设定值跟随性能，Q2(s)用于调节抗干扰性能，Gp(s)为实际被控对象，G(s)为被控对象的数学模型，且C1(s)＝Q1(s)/Q2(s),C2(s)＝Q2(s)/[1-G(s)Q2(s)],R(s)为输入量，Y(s)为输出量，D(s)为扰动量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
图1显示了本发明的降低直流侧电压波动的永磁发电系统的一个优选实例的结构图，如图所示，该高阻抗永磁发电机电枢绕组采用星形连接方式，电枢绕组输出端连接至桥式变换电路(如图所示，包括开关管T1～T6，及滤波电容C)的桥臂中点，发电机断路器K1连接着直流母线侧的正端与电气负载。发电运行时，桥式变换器的直流侧直接向电气负载供电。霍尔电流传感器Ha～Hc检测永磁电机电枢绕组相电流ia～ic，旋转变压器检测永磁电机转子位置信号，电压传感器检测直流母线侧电压udc，检测到的信号传输至永磁发电系统控制器用于电压闭环控制。
永磁电机PWM可控整流发电系统采用双闭环控制，外环为电压环，内环为电流环，实际检测的直流侧输出电压与直流电压指令值相比较，经过电压调节器，产生交轴电流指令值。通过霍尔电流传感器检测得到三相绕组电流ia～ic，然后通过坐标变换将三相静止坐标系下的电流变换到两相旋转坐标系下的电流id、iq，并与交、直轴电流指令值相比较，差值经过电流调节器得到交、直轴电压指令值，然后采用空间电压矢量调制方法产生开关管的驱动信号，从而使电机的磁链轨迹接近圆形，以便减小三相电流的谐波，维持输出电压的稳定。
电压调节器采用二自由度控制器，具有两组可调参数，调节C2(s)能够改善系统的抗干扰性能，降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动，调节C1(s)能够改善系统的设定值跟随性能，使直流侧输出电压能够稳定、准确、快速的跟随直流电压指令值。为了进一步改善系统的动态性能，降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动，采用交轴电流反馈补偿法，即采样k时刻的交轴电流iq(k)，经过延时模块z-m得到k-m时刻的交轴电流iq(k-m)，然后能够得到前m时刻的交轴电流与当前时刻交轴电流的差值Δiq，该差值经过比例因子kp从而得到直流电压指令值的调节量Δu，计算公式为：Δu＝kp(iq(k-m)-iq(k))。若负载突加，Δiq为一正值，则Δu也为正值，导致直流电压指令值增大，从而降低由于突加负载引起的直流输出电压的下降，若负载突卸，Δiq为一负值，则Δu也为负值，导致直流电压指令值减小，从而降低由于突卸负载引起的直流输出电压的上升。
本发明的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统，其特征在于，包括：高阻抗永磁发电机、桥式功率变换器、发电机断路器、实时采集电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、实时采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、实时采集直流侧输出电压的电压传感器、电气负载；其中，所述高阻抗永磁发电机与桥式功率变换器、发电机断路器依次连接，所述发电机断路器连接所述电气负载；所述电流传感器检测到的三相电流经坐标变换后得到交、直轴电流反馈值，与其指令值相比较经过电流控制器从而得到交、直轴电压指令值；所述电压传感器检测到的直流侧电压与其指令值相比较后分别经过二自由度控制器、电流内环以及前馈解耦后得到补偿后的交、直轴电压指令值，然后通过空间电压矢量调制方法产生开关管的驱动信号输入到IGBT驱动电路中，控制开关管。
2.根据权利要求1所述的一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统，其特征在于，所述永磁发电机为高阻抗永磁电机，绕组星型连接，且为集中绕组，隔齿绕制。
3.根据权利要求1所述的一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统，其特征在于，所述电流控制器为PI调节器，其输入为电流误差，输出为交、直轴电压指令值，采用并联结构形式。
4.如权利要求1所述降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，其特征在于，所述控制方法包括外环和内环部分，所述外环为电压环，内环为电流环；首先，将实际检测的直流侧电压与直流电压指令值相比较，经过二自由度控制器，产生交轴电流指令值；然后，通过霍尔电流传感器检测得到三相绕组电流，通过坐标变换得到两相旋转坐标系下的电流，用于电流闭环控制，内环电流环采用传统PI控制；同时采用交轴电流反馈补偿法用于补偿直流侧电压指令值，从而降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动。
5.如权利要求4所述降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，其特征在于，所述二自由度控制器具有两组可调参数，其中一组可调参数能够改善系统的抗干扰性能，降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动，另一组可调参数能够改善系统的设定值跟随性能，使直流侧输出电压能够稳定、准确、快速的跟随直流电压指令值，两组可调参数通过内模控制原理来进行解析设计。
6.如权利要求4所述降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，其特征在于，所述交轴电流反馈补偿法为采样当前时刻的交轴电流，经过延时模块得到前m时刻的交轴电流，然后得到前m时刻的交轴电流与当前时刻交轴电流的差值，该差值经过比例因子从而得到直流电压指令值的调节量；若负载突加，交轴电流的差值为一正值，则电压调节量也为正值，导致直流电压指令值增大，从而降低由于突加负载引起的直流侧输出电压的下降，若负载突卸，交轴电流的差值为一负值，则电压调节量也为负值，导致直流电压指令值减小，从而降低由于突卸负载引起的直流侧输出电压的上升。
CN201810544845.5A 2018-05-31 2018-05-31 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法 Active CN108566129B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810544845.5A CN108566129B (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810544845.5A CN108566129B (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108566129A true CN108566129A (zh) 2018-09-21
CN108566129B CN108566129B (zh) 2021-06-22

Family

ID=63552372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810544845.5A Active CN108566129B (zh) 2018-05-31 2018-05-31 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108566129B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109763900A (zh) * 2019-01-08 2019-05-17 中国科学院电工研究所 一种燃气轮机发电系统负荷突变转速波动抑制方法
CN111181428A (zh) * 2020-01-15 2020-05-19 燕山大学 一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统
CN111277185A (zh) * 2020-03-13 2020-06-12 南京航空航天大学 一种永磁发电机阻尼力与锥形磁轴承振动力协调控制方法
CN113809881A (zh) * 2020-06-15 2021-12-17 北京机械设备研究所 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法
US11770084B2 (en) 2021-10-22 2023-09-26 Honeywell International Inc. Voltage regulation of high voltage direct current systems

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102710206B (zh) * 2012-06-18 2014-07-16 浙江大学 一种变速永磁交流发电机系统及其双端口稳压控制方法
CN103066906A (zh) * 2012-12-12 2013-04-24 奇瑞汽车股份有限公司 一种永磁无刷直流起/发电机的控制发电系统及控制方法
CN103457528B (zh) * 2013-08-22 2016-01-20 国家电网公司 一种提高直驱动风电机组机械传动链运行稳定性的方法
US20150249417A1 (en) * 2013-12-30 2015-09-03 Rolls-Royce Corporation Synchronous generator controller based on flux optimizer
CN105515479B (zh) * 2016-01-06 2018-03-06 南京航空航天大学 一种表贴式永磁同步发电机弱磁控制方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109763900A (zh) * 2019-01-08 2019-05-17 中国科学院电工研究所 一种燃气轮机发电系统负荷突变转速波动抑制方法
CN111181428A (zh) * 2020-01-15 2020-05-19 燕山大学 一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统
CN111181428B (zh) * 2020-01-15 2021-05-14 燕山大学 一种电流源变换器的零动态直流输出电压控制方法及系统
CN111277185A (zh) * 2020-03-13 2020-06-12 南京航空航天大学 一种永磁发电机阻尼力与锥形磁轴承振动力协调控制方法
CN111277185B (zh) * 2020-03-13 2023-08-01 南京航空航天大学 一种永磁发电机阻尼力与锥形磁轴承振动力协调控制方法
CN113809881A (zh) * 2020-06-15 2021-12-17 北京机械设备研究所 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法
CN113809881B (zh) * 2020-06-15 2022-11-29 北京机械设备研究所 一种稳压永磁发电机组装置及稳压控制方法
US11770084B2 (en) 2021-10-22 2023-09-26 Honeywell International Inc. Voltage regulation of high voltage direct current systems

Also Published As

Publication number Publication date
CN108566129B (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108566129A (zh) 一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法
Comanescu et al. Decoupled current control of sensorless induction-motor drives by integral sliding mode
CN109412482B (zh) 一种准z源逆变器-永磁同步电机系统统一预测控制方法
CN108574429A (zh) 一种无刷直流电机宽调速范围低转矩脉动抑制方法
CN107302330B (zh) 一种表贴式永磁同步电机最小损耗控制方法
CN103441726A (zh) 基于比例谐振调节器的双三相永磁电机矢量控制方法
CN111181175B (zh) 一种基于协同控制理论的励磁系统及其稳定方法
CN108336935B (zh) 一种反步控制协同eso的直线电机控制方法
CN108809182A (zh) 一种永磁同步电机的转矩控制方法及装置
CN107732961B (zh) 一种基于并网变换器控制实现次同步振荡抑制的方法
CN110798116B (zh) 一种基于电枢模型独立前馈补偿的电机矢量复合控制器
CA3073476C (en) Method for controlling a multiphase separately excited synchronous generator in a wind turbine
CN108448915B (zh) 一种多电飞机的直流供电系统
Inoue et al. Control method for direct torque controlled PMSG in wind power generation system
CN106849812A (zh) 一种基于磁链补偿的异步电机控制方法
CN108242904A (zh) 一种永磁同步电机零无功功率控制方法
Wang et al. The output voltage control strategy for DSEG with controlled rectification based on conduction angle estimation
CN108521244A (zh) 用于飞轮储能的无轴承无刷直流电机宽调速范围低转矩脉动抑制方法
CN107611998B (zh) 一种基于statcom双通道抑制电网次同步谐振方法及装置
CN103762597A (zh) 一种无谐波检测的并联型电能质量调节器控制方法
CN109412478B (zh) 一种无刷双馈电机的功率下垂控制方法
CN109802397B (zh) 静止无功发生器的自适应pi双闭环控制方法
CN105024602A (zh) 一种定子双绕组异步电机发电系统及控制方法
CN202696533U (zh) 一种变速永磁交流发电机系统
CN107611997B (zh) 一种同步发电机次同步抑制方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant