CN108847798A - 一种能源互联网发电系统效率优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能源互联网发电系统效率优化控制方法，包括以下步骤：当开关磁阻发电机运行在基速以下时，角度优化控制器根据目标输出功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，并将开通角固定在最优值，关断角固定在相对较优值处并一直保持恒定，并通过功率闭环调节相电流限值调节系统输出功率；当开关磁阻发电机运行在基速以上时，角度优化控制器根据目标输出功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，然后将开通角固定在最优值，通过功率闭环调节关断角调节系统输出功率。本发明所述的方法简单、运行稳定性好、可靠性高、能使开关磁阻发电机在较宽的转速范围内以最优效率输出目标功率，具有良好的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机领域，具体涉及一种能源互联网发电系统效率优化控制方法。
背景技术
开关磁阻发电机以其结构简单，制造成本低，容错能力强，运行可靠性高，在较宽的转速范围内具有较高的效率，已经成功的应用于许多场合。开关磁阻电机的励磁控制参数有开通角、关断角和电流限值。当开关磁阻发电机运行在中、低速时，由于其反电动势的值小于直流母线电压，可以通过电流斩波控制或电压PWM控制方法将相电流幅值限制在一定的范围之内。当开关磁阻发电机运行在高速时，反电动势的值大于直流母线电压，在功率变换器主开关器件关断后，相电流不会下降，反而继续上升，电机运行在单脉冲模式，开通角与关断角是唯一的可控励磁参数，通过调节开通角与关断角来改变相电流的波形，最终改变输出功率。而实现输出同一目标功率，其开通角与关断角有不同的组合方式。在这些组合方式中存在最优的开通角与关断角使开关磁阻发电机的输入机械功率最小，则效率最大。然而由于开关磁阻电机高度非线性，通过输出功率和转速计算出当前的最优开通角与关断角变得很困难，因此有文献提出一种效率优化控制方法，其使用开关磁阻电机的非线性模型仿真得到不同负载和不同转速下的最优效率开通角和关断角，然后将最优效率开关角、输出功率和转速导入到查找表中以便控制器使用。控制精度与查找表的数据量成正比，执行时间与查找表的数据量成反比，因此使用查找表来实现效率优化控制的方法需要占用控制器大量的存储空间并且耗时严重，控制精度一般。还有文献通过引入闭环控制方法实现效率最优，其同样使用开关磁阻发电机的非线性模型仿真得到不同负载和不同转速下的最优效率开通角与关断角，然后通过曲线拟合的方式将最优效率关断角表示成输出功率和转速的函数，因此控制系统可以根据当前的输出功率和转速实时计算出最优效率关断角，并将关断角固定在最优值，而通过功率闭环调节开通角，最终实现单脉冲模式下的效率优化控制。由于实际系统和仿真模型存在差异，所以在使用查找表的开环控制中很难较为精确地实现效率最优，而闭环控制和曲线拟合的引入一方面适当地降低了查找表的复杂程度，提高了运算速度，另一方面提高了系统的控制精度，保证了实际输出功率跟随目标功率的变化而变化。但通过对大量仿真与实验数据的分析得出，不同负载和不同转速的最优效率关断角变化往往不是很明显，同时仿真数据与实验数据所确定的最优效率关断角有所差异，因此现有的开关磁阻发电机效率优化控制方法还存在不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能源互联网发电系统效率优化控制方法，将最优效率开通角表示成目标功率和转速的函数，通过角度优化控制器实时计算出最优效率开通角，在中低速和高速时分别采用不同的控制方法，从而实现开关磁阻发电系统在较宽的转速范围内以最优效率输出目标功率。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种能源互联网发电系统效率优化控制方法，包括以下步骤：
当开关磁阻发电机运行在基速以下时，角度优化控制器根据目标输出功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，并将开通角固定在最优值，关断角固定在相对较优值处并一直保持恒定，并通过功率闭环调节相电流限值调节系统输出功率；
当开关磁阻发电机运行在基速以上时，角度优化控制器根据目标输出功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，然后将开通角固定在最优值，通过功率闭环调节关断角调节系统输出功率。
进一步的，所述当开关磁阻发电机运行在基速以下时，采用电流斩波控制方法调节系统输出功率，即开关磁阻发电系统的功率给定与实际输出功率的差值经过PI控制器后输出相电流斩波限值，然后对开关磁阻发电系统功率变换器相电流进行斩波来控制相电流的大小，从而调节系统输出功率。
进一步的，所述当开关磁阻发电机运行在基速以上时，采用角度位置控制方法调节系统输出功率，即开关磁阻发电系统的功率给定与实际输出功率的差值经过PI控制器后输出关断角，通过调节关断角来改变系统输出功率。
进一步的，所述最优效率开通角与目标功率、转速之间满足以下关系式：
式(1)中，表示最优效率开通角；ωpu表示转速标幺值，ω表示当前转速，ωN表示转速基准值；Ppu表示输出功率标幺值，P表示目标功率，PN表示输出功率基准值；a、b、c、d表示多项式的系数。
进一步的，所述关断角的较优值通过仿真与实验数据确定。
由上述技术方案可知，本发明所述的能源互联网发电系统效率优化控制方法，方法简单、运行稳定性好、可靠性高、能使开关磁阻发电机在较宽的转速范围内以最优效率输出目标功率，具有良好的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明的开关磁阻发电系统结构示意图；
图2是本发明的最优效率开通角的实验结果与拟合结果图；
图3是本发明的高速下效率优化控制结构框图；
图4是本发明的中低速下效率优化控制结构框图；
图5是本发明的开关磁阻发电系统效率优化控制结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，关磁阻发电系统包括原动机、开关磁阻发电机、功率变换器(包括励磁电源)、负载、控制系统和测量装置。在该系统中，开关磁阻发电机作为机电能量转换的核心部件，在原动机的拖动下将输入的机械能转换成电能。功率变换器作为能量转换的通道，在励磁阶段，外加的直流电源通过功率变换器为相绕组供电；在续流阶段，相绕组通过功率变换器回馈能量。控制系统作为中枢部分，捕获运行过程中的电压、电流信号以及转子位置信号，然后综合处理，控制功率变换器主开关器件的开通与关断。
本实施例在开关磁阻发电机运行在基速以上时，采用角度位置控制方法，进行输出功率闭环实验：选取800r/min～1200r/min为优化的速度区间，以100r/min为一个变化单位，计算相应速度下每一个电周期内输出不同功率时，所有开通角和关断角组合对应的发电效率，其中开通角以1°为一个变化单位，然后将不同输出功率和不同转速所对应的最优效率开通角和关断角记录在高速角度优化表格中。从高速角度优化表格中可以看出最优效率关断角在高速范围内变化不大，其对输出功率的影响不大，只对效率起一个微调整作用，而最优效率开通角随着转速和输出功率的变化比较大，因此在高速角度优化控制中，将开通角作为效率优化控制变量，功率闭环调节关断角。
在开关磁阻发电机运行在中低速时，励磁控制参数为开通角、关断角和电流限值，采用滞环控制方法，进行输出功率闭环实验。选取400r/min～700r/min为优化的速度区间，以100r/min为一个变化单位，计算相应速度下每一个电周期内输出不同功率时，所有开通角和关断角组合对应的发电效率，其中开通角和关断角以1°为一个变化单位，然后将不同输出功率和不同转速所对应的最优效率开通角、最优效率关断角和电流限值记录在中控制器中的低速角度优化表格中。
从低速角度优化表格中可以看出，不同转速和不同输出功率下的最优效率关断角变化较小，因此为降低控制系统复杂度，将关断角固定在实验数据所确定的相对较优值处，并一直保持恒定，开通角同样作为效率优化控制变量，功率闭环控制电流限值。此外从中低速及高速角度优化表格中可以看出，开通角随着转速的增大而减小，即与转速呈负相关性；开通角随着输出功率的增大而减小，即与输出功率同样呈负相关性，则定义最优效率开通角与转速和输出功率之间的函数关系为公式(1)，然后选取最优效率开通角、转速和输出功率3个量进行曲面拟合，以公式(1)所示模型进行最小二乘拟合，拟合结果如图2所示，得到公式(1)的多项式系数为：a＝-2.761，b＝2.996，c＝0.5773，d＝16.01。
式(1)中，是最优效率开通角；ωpu是转速标幺值，ω是当前转速，ωN是转速基准值；Ppu是输出功率标幺值，P是目标功率，PN是输出功率基准值；a、b、c、d是多项式的系数。
在高速时，开关磁阻发电系统采用角度位置控制方法，其效率优化控制结构框图如图3所示。角度优化控制器根据目标功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，并将开通角固定在最优值处，功率闭环调节关断角，即目标功率与实际输出功率的差值经过PI控制器后输出关断角，开通角、关断角与转子位置信号进行逻辑处理后生成角度位置信号，控制功率变换器主开关器件的开通与关断，从而使开关磁阻发电机高效、稳定地输出目标功率。
在中低速时，开关磁阻发电系统采用电流滞环控制，其效率优化控制结构框图如图4所示。角度优化控制器根据目标功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，并将开通角固定在最优值处，关断角固定在相对较优值处并一直保持恒定，功率闭环调节电流限值，即目标功率与实际输出功率的差值经过PI控制器后输出相电流限值，相电流与相电流限值比较产生滞环控制信号，然后滞环控制信号与开通角、关断角和转子位置信号逻辑处理后生成的角度位置控制信号相与，控制功率变换器主开关器件的开通与关断，实现对开关磁阻发电机高效率控制。
将高速时效率优化控制方案和中低速时效率优化控制有机地结合起来即可实现宽转速范围内效率优化控制，其控制结构框图如图5所示。高速效率优化控制方案和中低速效率优化控制方案的切换依据是：比较开关磁阻发电机转速与基速的大小。当开关磁阻发电机的转速小于基速时，系统采用中低速效率优化控制方案；当开关磁阻发电机的转速大于基速时，系统采用高速效率优化控制方案。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种能源互联网发电系统效率优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
当开关磁阻发电机运行在基速以下时，角度优化控制器根据目标输出功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，并将开通角固定在最优值，关断角固定在相对较优值处并一直保持恒定，并通过功率闭环调节相电流限值调节系统输出功率；
当开关磁阻发电机运行在基速以上时，角度优化控制器根据目标输出功率和当前转速实时计算出最优效率开通角，然后将开通角固定在最优值，通过功率闭环调节关断角调节系统输出功率。
2.根据权利要求1所述的能源互联网发电系统效率优化控制方法，其特征在于：所述当开关磁阻发电机运行在基速以下时，采用电流斩波控制方法调节系统输出功率，即开关磁阻发电系统的功率给定与实际输出功率的差值经过PI控制器后输出相电流斩波限值，然后对开关磁阻发电系统功率变换器相电流进行斩波来控制相电流的大小，从而调节系统输出功率。
3.根据权利要求1所述的能源互联网发电系统效率优化控制方法，其特征在于：所述当开关磁阻发电机运行在基速以上时，采用角度位置控制方法调节系统输出功率，即开关磁阻发电系统的功率给定与实际输出功率的差值经过PI控制器后输出关断角，通过调节关断角来改变系统输出功率。
4.根据权利要求1所述的能源互联网发电系统效率优化控制方法，其特征在于：所述最优效率开通角与目标功率、转速之间满足以下关系式：
式(1)中，表示最优效率开通角；ωpu表示转速标幺值，ω表示当前转速，ωN表示转速基准值；Ppu表示输出功率标幺值，P表示目标功率，PN表示输出功率基准值；a、b、c、d表示多项式的系数。
5.根据权利要求1所述的能源互联网发电系统效率优化控制方法，其特征在于：所述关断角的较优值通过仿真与实验数据确定。
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|---|---|
| CN (1) | CN108847798A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109586647A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-05 | 安徽弘浩节能科技有限公司 | 开关磁阻电机调速节能控制方法及其装置 |
| CN112224196A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-15 | 内蒙古工业大学 | 基于双can总线的混合动力机动平台控制系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5641798A (en) * | 1979-09-12 | 1981-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | Voltage regulator for generator |
| CN101582670A (zh) * | 2009-05-15 | 2009-11-18 | 南京航空航天大学 | 开关磁阻发电机固定关断角优化开通角的方法 |
| CN101860302A (zh) * | 2010-05-08 | 2010-10-13 | 山东科汇电力自动化有限公司 | 开关磁阻电动机开通角的控制方法 |
| US20110116291A1 (en) * | 2009-11-19 | 2011-05-19 | Gm Global Technology Operations, Inc. | High efficiency multi-phase generator |
| CN102710190A (zh) * | 2012-06-11 | 2012-10-03 | 成都伟瓦节能科技有限公司 | 一种开关磁阻电机工作速度控制方法 |
| CN105099302A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-11-25 | 张景生 | 一种起动发电机改进结构 |
| CN107809196A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-03-16 | 常州寻心电子科技有限公司 | 一种开关磁阻驱动系统及控制方法 |
| CN107947672A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-20 | 中国矿业大学 | 一种宽转速范围开关磁阻电机系统效率优化控制方法 |
| CN108322116A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-07-24 | 苏州仙崴机电有限公司 | 一种开关磁阻电机系统效率优化控制方法 |
-
2018
- 2018-07-20 CN CN201810806541.1A patent/CN108847798A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5641798A (en) * | 1979-09-12 | 1981-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | Voltage regulator for generator |
| CN101582670A (zh) * | 2009-05-15 | 2009-11-18 | 南京航空航天大学 | 开关磁阻发电机固定关断角优化开通角的方法 |
| US20110116291A1 (en) * | 2009-11-19 | 2011-05-19 | Gm Global Technology Operations, Inc. | High efficiency multi-phase generator |
| CN101860302A (zh) * | 2010-05-08 | 2010-10-13 | 山东科汇电力自动化有限公司 | 开关磁阻电动机开通角的控制方法 |
| CN102710190A (zh) * | 2012-06-11 | 2012-10-03 | 成都伟瓦节能科技有限公司 | 一种开关磁阻电机工作速度控制方法 |
| CN107733173A (zh) * | 2015-08-24 | 2018-02-23 | 陈国栋 | 可实现精密控制的汽车用起动发电机 |
| CN105099302A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-11-25 | 张景生 | 一种起动发电机改进结构 |
| CN107834777A (zh) * | 2015-08-24 | 2018-03-23 | 蔡留凤 | 基于绕组控制技术的汽车用起动发电机及其工作方法 |
| CN107834720A (zh) * | 2015-08-24 | 2018-03-23 | 吴红平 | 采用绕组控制技术的汽车用起动发电机 |
| CN107947314A (zh) * | 2015-08-24 | 2018-04-20 | 陈国栋 | 汽车用起动发电机及其工作方法 |
| CN107947672A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-20 | 中国矿业大学 | 一种宽转速范围开关磁阻电机系统效率优化控制方法 |
| CN107809196A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-03-16 | 常州寻心电子科技有限公司 | 一种开关磁阻驱动系统及控制方法 |
| CN108322116A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-07-24 | 苏州仙崴机电有限公司 | 一种开关磁阻电机系统效率优化控制方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YUYU DOU: "《High efficiency control of switched reluctance generator above base speed》", 《2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS, DRIVES AND ENERGY SYSTEMS (PEDES)》 * |
| YUYU DOU: "《High efficiency control of switched reluctance generator above base speed》", 《2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS, DRIVES AND ENERGY SYSTEMS (PEDES)》, 31 December 2016 (2016-12-31), pages 1 - 6 * |
| 赵仁明: "《小型开关磁阻风力发电机控制系统研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》, 31 March 2018 (2018-03-31), pages 9 - 50 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109586647A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-05 | 安徽弘浩节能科技有限公司 | 开关磁阻电机调速节能控制方法及其装置 |
| CN109586647B (zh) * | 2018-12-19 | 2021-12-07 | 安徽弘浩节能科技有限公司 | 开关磁阻电机调速节能控制方法及其装置 |
| CN112224196A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-15 | 内蒙古工业大学 | 基于双can总线的混合动力机动平台控制系统 |
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