CN111865165B - 鼠笼异步发电机的控制方法、系统、介质以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鼠笼异步发电机的控制方法、系统、介质以及电子设备，所述控制方法包括获取电磁转矩给定值；根据电磁转矩给定值计算鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；根据调整后的所述端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。本发明技术方案通过自主设计的电流给定值的算法公式，其输入变量只有电磁转矩给定值，且所需的电机参数只是鼠笼电机的极数和励磁电抗，提高了计算准确性和便捷性，在工程设计上易于实现。

Description

鼠笼异步发电机的控制方法、系统、介质以及电子设备

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种鼠笼异步发电机的控制方法、系统、介质以及电子设备。

背景技术

鼠笼异步风力发电机是风能转换的一种主流机型，随着其大规模的装机应用，其风能利用率的问题成为研究领域的热点。提高鼠笼异步发电机的效率可以有效的改善风机的风能利用率，对鼠笼电机的转子磁链Phir进行优化控制是实现其效率提升的一种常规控制策略。鼠笼异步发电机的磁链优化控制一般通过调节鼠笼电机定子的d轴电流来调整转子磁链的大小，以使鼠笼异步发电机工作在最大效率点。

现有技术中，鼠笼异步发电机的磁链优化控制实现的主要方式是基于电机损耗模型的最优磁链控制，其定子d轴电流给定值可以由如下公式得到。

其中，

为鼠笼异步发电机的定子d轴电流给定值，T_e为电磁转矩，R_s为定子电阻，R_fe为铁耗电阻，R_r为转子电阻，L_m为激磁电感，L_r为转子电抗，n为齿轮箱变比，λ_opt为最优叶尖速比，R为风机叶片半径，v为风速，p为极对数。

由定子d轴电流给定值的计算公式可知，基于电机损耗模型的最优磁链控制，其定子的d轴电流给定值是一个与电机参数和风速强相关的变量，需获取精确的电机参数和风速，才能保证较好的控制效果，这在实际工程应用中较难实现。

另外，通过给定一个最优定子d轴电流给定值来调整磁链的大小，进而使鼠笼异步发电机工作在最大效率的点的控制方法，还存在一个明显的弱点就是动态响应性能较差。

由公式

其中时间常数

可知，定子d轴电流i_ds与磁链Phir之间存在一阶惯性环节。

也就是说，对于给定一个最优的定子d轴电流，到实现最优的电机磁链控制之间存在一定的响应时间延迟，该一阶惯性环节的时间常数Tr是由鼠笼异步发电机的特性决定的，通常是一个秒级的数据，这就导致鼠笼异步发电机在磁链的响应方面动态性能较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对鼠笼异步发电机的控制策略导致鼠笼异步发电机的动态响应较差的缺陷，提供一种鼠笼异步发电机的控制方法、系统、介质以及电子设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种鼠笼异步发电机的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

获取电磁转矩给定值；

根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；其中，定子d轴电流第一给定值的计算公式为：

i^* _ds为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，T^* _e为所述鼠笼异步发电机的电磁转矩给定值，pole为所述鼠笼异步发电机的定子极数，L_m为所述鼠笼异步发电机的激磁电感；

根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；

根据调整后的所述端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

较佳地，所述控制方法还包括：

检测所述鼠笼异步发电机的启动时间；

若所述启动时间不超过第一预设时间阈值，则根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第二给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；其中，所述定子d轴电流第二给定值为所述定子d轴电流第一给定值的k倍，k>1。

较佳地，所述控制方法还包括：

若所述启动时间大于所述第一预设时间阈值且不超过第二预设时间阈值，则根据定子d轴电流第一给定值以及所述定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压。

较佳地，所述第一预设时间阈值为时间常数的三分之一，所述第二预设时间阈值为所述时间常数，其中，所述时间常数为所述鼠笼异步发电机的转子电抗和转子电阻的比值。

较佳地，所述根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压的步骤包括：

获取所述鼠笼异步发电机的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流；

根据所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第一给定值的差值，以及所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值调整所述鼠笼异步发电机的机侧变流器提供至所述鼠笼异步发电机的所述端口电压。

一种鼠笼异步发电机的控制系统，所述控制系统包括：

电磁转矩获取模块，用于获取电磁转矩给定值；

电流计算模块，用于根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；其中，电流计算模块中定子d轴电流第一给定值的计算公式为：

i^* _ds为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，T^* _e为所述鼠笼异步发电机的电磁转矩给定值，pole为所述鼠笼异步发电机的定子极数，L_m为所述鼠笼异步发电机的激磁电感；

端口电压调整模块，用于根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；

运行控制模块，用于根据调整后的端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

较佳地，所述控制系统还包括：

启动时间检测模块，用于检测所述鼠笼异步发电机的启动时间；

若启动时间检测模块检测到的所述启动时间不超过第一预设时间阈值，则所述端口电压调整模块还用于根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第二给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；其中，所述定子d轴电流第二给定值为所述定子d轴电流第一给定值的k倍，k>1。

较佳地，若所述启动时间检测模块检测到所述启动时间大于所述第一预设时间阈值且不超过第二预设时间阈值，则所述端口电压调整模块用于根据定子d轴电流第一给定值以及所述定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压。

较佳地，所述第一预设时间阈值为时间常数的三分之一，所述第二预设时间阈值为所述时间常数，其中，所述时间常数为所述鼠笼异步发电机的转子电抗和转子电阻的比值。

较佳地，所述端口电压调整模块还用于获取所述鼠笼异步发电机的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流；根据所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第一给定值的差值，以及所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值调整所述鼠笼异步发电机的机侧变流器提供至所述鼠笼异步发电机的所述端口电压。

一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现前述的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的鼠笼异步发电机的控制方法通过自主设计的电流给定值的算法公式，其输入变量只有电磁转矩给定值，且所需的电机参数只是鼠笼电机的极数和励磁电抗，提高了计算准确性和便捷性，在工程设计上易于实现。

进一步地，本发明通过电流的分段控制策略，能在简单有效的实现鼠笼异步发电机最大效率控制的同时，有效的提升鼠笼电机磁链的动态响应性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中的鼠笼异步发电机的控制方法的流程图。

图2为本发明实施例1中的鼠笼异步发电机的磁链的控制效果图。

图3为本发明实施例1中的鼠笼异步发电机的磁链与电机损耗率之间的关系曲线图。

图4为本发明实施例2中的鼠笼异步发电机的控制方法的流程图。

图5为本发明实施例2中的鼠笼异步发电机的实际控制框图。

图6为本发明实施例2中的鼠笼异步发电机的电流分段控制时的磁链响应波形图。

图7为本发明实施例3中的鼠笼异步发电机的控制系统的结构框图。

图8为本发明实施例4中的鼠笼异步发电机的控制系统的结构框图。

图9为本发明实施例5中的电子设备的结构框图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种鼠笼异步发电机的控制方法，该鼠笼异步发电机可具体可以是鼠笼异步风力发电机，风轮的轴可以通过齿轮箱或者通过直驱方式与发电机的转子轴连接，风能驱动风轮的风叶旋转，然后将机械能传递给鼠笼异步发电机的转子，继而带动鼠笼异步发电机发电。

如图1所示，所述控制方法可以包括如下步骤：

步骤S10：获取电磁转矩给定值；

步骤S11：根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；

步骤S12：根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；

步骤S13：根据调整后的所述端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

本实施例中，所述电磁转矩给定值即对应了磁链给定值，当所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值时，鼠笼异步发电机的转子磁链也跟随磁链给定值。

根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值的公式可以为：

i^* _ds为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，T^* _e为所述鼠笼异步发电机的电磁转矩给定值，pole为所述鼠笼异步发电机的定子极数，L_m为所述鼠笼异步发电机的激磁电感。

进一步地，根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子q轴电流第一给定值的公式可以为：

其中，

为定子q轴电流第一给定值，L_r为转子电抗，

为电磁转矩给定值，p为极对数，L_m为励磁电抗，Phir为实时的转子磁链。

采用本发明设计的公式，在某一电机运行工况下，磁链的控制效果如图2所示，其中’*’代表的是电机理论最大效率点，’o’代表的是本发明采用的控制方法下的电机的工作点。电机的实际工作点和电机的理论最大效率点基本重合，在工程上完全可以满足精度的要求，且简单可行。

鼠笼异步发电机的损耗主要由铜损、铁损、杂散损耗三部分组成，铁损和杂散损耗一般不随电机的运行工况发生改变，且铜耗在电机损耗中占比最大，亦可相对精确的算出，本发明所述的方法只考虑鼠笼异步发电机的铜损，通过优化的磁链控制，来降低鼠笼发电机的铜损，以使电机工作在效率最大点。实际上，在某一工况下(例如：电机转速已知，电磁转矩给定值已知)，鼠笼发电机的损耗率(只考虑铜损)与转子磁链Phir的关系如图3所示。由图3可知，在某一确定的工况下，理论上存在一个最优的转子磁链Phir，可使鼠笼异步发电机运行在该磁链时的损耗率最小。

在一个具体应用场景中，例如：鼠笼异步发电机的转速n＝900r/min，电磁转矩给定值T^* _e＝4000N.m，功率P＝376.96kW，直流母线电压为U_c＝1100V。机侧控制采用转子磁链定向的矢量控制，电流内环将定子电流的合成矢量定向在转子磁链定向的dq轴坐标系中。

通过调节定子d轴电流的大小可以调整实时磁链Phir的大小，继而配合定子q轴电流来一起响应主控的电磁转矩给定值T^* _e，使得实际电磁转矩T_e跟随电磁转矩给定值。

在电磁转矩给定值T^* _e和转速保持不变的工况下，调整定子d轴电流的给定值，取三个点进行控制，根据公式

可以估算出鼠笼异步发电机的损耗率。

当将定子d轴电流给定值设置为505.48A(安培)，则对应的预估磁链给定值为0.6wb(韦伯)，对应的电机损耗率约为3％。

当将定子d轴电流给定值设置为1853.4A，则对应的预估磁链给定值为2.2wb，对应的电机损耗率约为2.53％。

而根据本实施例提出的计算方法，将定子d轴电流给定值设置为1019.4A，则对应的预估磁链给定值为1.21wb，对应的电机损耗率约为1.39％。

因此，采用本实施例所提出的计算方法有效地降低了电机损耗率。

进一步地，本实施例提供的鼠笼异步发电机的控制方法通过自主设计的电流给定值的算法公式，其输入变量只有电磁转矩给定值，且所需的电机参数只是鼠笼电机的极数和励磁电抗，提高了计算准确性和便捷性，在工程设计上易于实现。

实施例2

本实施例提供一种鼠笼异步发电机的控制方法，该控制方法是在实施例1基础上的进一步改进。

如图4所示，所述控制方法还可以包括：

步骤S14：检测所述鼠笼异步发电机的启动时间；

若所述启动时间不超过第一预设时间阈值，则执行步骤S15：

根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第二给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；其中，所述定子d轴电流第二给定值为所述定子d轴电流第一给定值的k倍，k>1。

若所述启动时间大于所述第一预设时间阈值且不超过第二预设时间阈值，则执行前述的步骤S12：根据定子d轴电流第一给定值以及所述定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压。

接下来，可以执行前述的步骤S13：根据调整后的端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

优选地，所述第一预设时间阈值为时间常数的三分之一，所述第二预设时间阈值为所述时间常数，其中，所述时间常数为所述鼠笼异步发电机的转子电抗和转子电阻的比值。

具体地，由于转子磁链Phir的响应存在延时，本发明采用定子d轴电流分段控制的方式来提升鼠笼异步发电机的转子磁链的动态响应性能。前述的定子d轴电流给定值的取值规则如下：

其中，

为根据取值规则选定的定子d轴电流给定值，

为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，

为定子d轴电流第二给定值。

本实施例中，在[0,T_r/3]时间内，被选定的定子d轴电流给定值为k倍的定子d轴电流第一给定值(即根据最优的电磁转矩给定值对应得到的最优磁链电流)，可使励磁电流快速的接近需求值，T_r/3后可以切换为正常的最优电流给定，即定子d轴电流第一给定值。

请参考图5所示的控制框图，鼠笼异步发电机的定子线圈通过电感L与机侧变流器的一端连接，机侧变流器的另一端与电网连接，机侧变流器接收电网侧的母线电压Uc，并根据变流器控制信号调整输出给鼠笼异步发电机的端口电压。

在具体控制时，风机主控可以下发电磁转矩给定值T^* _e，定子d轴电流计算单元依据T^* _e计算定子d轴电流给定值，定子q轴电流计算单元依据T^* _e计算定子q轴电流给定值。同时，可以实时检测电机定子的三相电流，利用三相-两相(abc-dq)变换坐标系将三相电流转换为更加方便参与计算的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流，根据电机启动时间与时间常数之间的关系，确定将所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第二给定值(或定子d轴电流第一给定值)的差值输入第一PI(比例积分)控制器，第一PI控制器输出第一d轴参考电压

将所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值输入第二PI控制器，第二PI控制器输出第一q轴参考电压

第一d轴参考电压

以及第一q轴参考电压

经过两相旋转-两相静止(dq-αβ)转换坐标系，分别各自转换为第二d轴参考电压U_α以及第二q轴参考电压U_β，根据SVPWM(空间矢量脉宽调制)控制算法，将第二d轴参考电压U_α以及第二q轴参考电压U_β转换为控制机侧变流器内开关管的开通或关断的前述变流器控制信号，而机侧变流器内开关管的开通或关断直接决定了电网侧的直流母线能够加载至电机端口的端口电压，从而使得电机的实际电磁转矩可以逐渐跟随电磁转矩给定值，也可以说，电机的实际转子磁链逐渐跟随预估的磁链给定值。

如图6所示，在和实施例1相同的应用场景中，对比常规定子d轴电流给定控制和本实施例所提的定子d轴电流给定分段控制方法，鼠笼异步发电机的磁链响应时间至少可以提升3s左右。

本实施例提供的鼠笼异步发电机的控制方法通过电流的分段控制策略，能在简单有效的实现鼠笼电机最大效率控制的同时，有效的提升鼠笼电机磁链的动态响应性能。

实施例3

本实施例提供一种鼠笼异步发电机的控制系统，该鼠笼异步发电机可具体可以是鼠笼异步风力发电机，风轮的轴可以通过齿轮箱或者通过直驱方式与发电机的转子轴连接，风能驱动风轮的风叶旋转，然后将机械能传递给鼠笼异步发电机的转子，继而带动鼠笼异步发电机发电。

如图7所示，所述控制系统1可以包括：

电磁转矩获取模块11，用于获取电磁转矩给定值；

电流计算模块12，用于根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；其中，电流计算模块中定子d轴电流第一给定值的计算公式为：

i^* _ds为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，T^* _e为所述鼠笼异步发电机的电磁转矩给定值，pole为所述鼠笼异步发电机的定子极数，L_m为所述鼠笼异步发电机的激磁电感。

端口电压调整模块13，用于根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；

运行控制模块14，用于根据调整后的端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

进一步地，根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子q轴电流第一给定值的公式可以为：

其中，

为定子q轴电流第一给定值，L_r为转子电抗，

为电磁转矩给定值，p为极对数，L_m为励磁电抗，Phir为实时的转子磁链。

采用本实施例中的计算公式，电机的实际工作点和电机的理论最大效率点基本重合，在工程上完全可以满足精度的要求，且简单可行。

鼠笼异步发电机的损耗主要由铜损、铁损、杂散损耗三部分组成，铁损和杂散损耗一般不随电机的运行工况发生改变，且铜耗在电机损耗中占比最大，亦可相对精确的算出，本发明所述的方法只考虑鼠笼异步发电机的铜损，通过优化的磁链控制，来降低鼠笼发电机的铜损，以使电机工作在效率最大点。实际上，在某一工况下(例如：电机转速已知，电磁转矩给定值已知)，理论上存在一个最优的转子磁链Phir，可使鼠笼异步发电机运行在该磁链时的损耗率最小。

在一个具体应用场景中，例如：鼠笼异步发电机的转速n＝900r/min，电磁转矩给定值T^* _e＝4000N.m，功率P＝376.96kW，直流母线电压为U_c＝1100V。机侧控制采用转子磁链定向的矢量控制，电流内环将定子电流的合成矢量定向在转子磁链定向的dq轴坐标系中。

通过调节定子d轴电流的大小可以调整实时磁链Phir的大小，继而配合定子q轴电流来一起响应主控的电磁转矩给定值T^* _e，使得实际电磁转矩T_e跟随电磁转矩给定值。

在电磁转矩给定值T^* _e和转速保持不变的工况下，调整定子d轴电流的给定值，取三个点进行控制，根据公式

可以估算出鼠笼异步发电机的损耗率。

当将定子d轴电流给定值设置为505.48A(安培)，则对应的预估磁链给定值为0.6wb(韦伯)，对应的电机损耗率约为3％。

当将定子d轴电流给定值设置为1853.4A，则对应的预估磁链给定值为2.2wb，对应的电机损耗率约为2.53％。

而根据本实施例提出的计算方法，将定子d轴电流给定值设置为1019.4A，则对应的预估磁链给定值为1.21wb，对应的电机损耗率约为1.39％。

因此，采用本实施例所提出的计算方法有效地降低了电机损耗率。

进一步地，本实施例提供的鼠笼异步发电机的控制方法通过自主设计的电流给定值的算法公式，其输入变量只有电磁转矩给定值，且所需的电机参数只是鼠笼电机的极数和励磁电抗，提高了计算准确性和便捷性，在工程设计上易于实现。

实施例4

本实施例提供一种鼠笼异步发电机的控制系统，该控制系统是在实施例3基础上的进一步改进。

如图8所示，所述控制系统1还包括：

启动时间检测模块15，用于检测所述鼠笼异步发电机的启动时间；

若启动时间检测模块15检测到的所述启动时间不超过第一预设时间阈值，则所述端口电压调整模块13还用于根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第二给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；其中，所述定子d轴电流第二给定值为所述定子d轴电流第一给定值的k倍，k>1。

若所述启动时间检测模块15检测到所述启动时间大于所述第一预设时间阈值且不超过第二预设时间阈值，则所述端口电压调整模块13用于根据定子d轴电流第一给定值以及所述定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压。

所述第一预设时间阈值为时间常数的三分之一，所述第二预设时间阈值为所述时间常数，其中，所述时间常数为所述鼠笼异步发电机的转子电抗和转子电阻的比值。

所述端口电压调整模块13还用于获取所述鼠笼异步发电机的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流；根据所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第一给定值的差值，以及所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值调整所述鼠笼异步发电机的机侧变流器提供至所述鼠笼异步发电机的所述端口电压。

具体地，由于转子磁链Phir的响应存在延时，本发明采用定子d轴电流分段控制的方式来提升鼠笼异步发电机的转子磁链的动态响应性能。前述的定子d轴电流给定值的取值规则如下：

其中，

为根据取值规则选定的定子d轴电流给定值，

为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，

为定子d轴电流第二给定值。

本实施例中，在[0,T_r/3]时间内，被选定的定子d轴电流给定值为k倍的定子d轴电流第一给定值(即根据最优的电磁转矩给定值对应得到的最优磁链电流)，可使励磁电流快速的接近需求值，T_r/3后可以切换为正常的最优电流给定，即定子d轴电流第一给定值。

所述鼠笼异步发电机的定子线圈通过电感L与机侧变流器的一端连接，机侧变流器的另一端与电网连接，机侧变流器接收电网侧的母线电压Uc，并根据变流器控制信号调整输出给鼠笼异步发电机的端口电压。

在具体控制时，风机主控可以下发电磁转矩给定值T^* _e，定子d轴电流计算单元依据T^* _e计算定子d轴电流给定值，定子q轴电流计算单元依据T^* _e计算定子q轴电流给定值。同时，可以实时检测电机定子的三相电流，利用三相-两相(abc-dq)变换坐标系将三相电流转换为更加方便参与计算的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流，根据电机启动时间与时间常数之间的关系，确定将所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第二给定值(或定子d轴电流第一给定值)的差值输入第一PI(比例积分)控制器，第一PI控制器输出第一d轴参考电压

将所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值输入第二PI控制器，第二PI控制器输出第一q轴参考电压

第一d轴参考电压

以及第一q轴参考电压

经过两相旋转-两相静止(dq-αβ)转换坐标系，分别各自转换为第二d轴参考电压U_α以及第二q轴参考电压U_β，根据SVPWM(空间矢量脉宽调制)控制算法，将第二d轴参考电压U_α以及第二q轴参考电压U_β转换为控制机侧变流器内开关管的开通或关断的前述变流器控制信号，而机侧变流器内开关管的开通或关断直接决定了电网侧的直流母线能够加载至电机端口的端口电压，从而使得电机的实际电磁转矩可以逐渐跟随电磁转矩给定值，也可以说，电机的实际转子磁链逐渐跟随预估的磁链给定值。

本实施例中，在和实施例3相同的应用场景下，对比常规定子d轴电流给定控制和本实施例所提的定子d轴电流给定分段控制方法，鼠笼异步发电机的磁链响应时间至少可以提升3s左右。

本实施例提供的鼠笼异步发电机的控制系统通过电流的分段控制策略，能在简单有效的实现鼠笼电机最大效率控制的同时，有效的提升鼠笼电机磁链的动态响应性能。

实施例5

本发明还提供一种电子设备，如图9所示，所述电子设备可以包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现前述实施例1或2中的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

可以理解的是，图9所示的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，电子设备2可以以通用计算设备的形式表现，例如：其可以为服务器设备。电子设备2的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器3、上述至少一个存储器4、连接不同系统组件(包括存储器4和处理器3)的总线5。

所述总线5可以包括数据总线、地址总线和控制总线。

所述存储器4可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)41和/或高速缓存存储器42，还可以进一步包括只读存储器(ROM)43。

所述存储器4还可以包括具有一组(至少一个)程序模块44的程序工具45(或实用工具)，这样的程序模块44包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

所述处理器3通过运行存储在所述存储器4中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明前述实施例1或2中的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

所述电子设备2也可以与一个或多个外部设备6(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口7进行。并且，模型生成的电子设备2还可以通过网络适配器8与一个或者多个网络(例如局域网LAN，广域网WAN和/或公共网络)通信。

如图9所示，网络适配器8可以通过总线5与模型生成的电子设备2的其它模块通信。本领域技术人员应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的电子设备2使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

需要说明的是，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

实施例6

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现前述实施例1或2中的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

其中，计算机可读存储介质可以采用的更具体方式可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。

在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行实现前述实施例1或2中的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种鼠笼异步发电机的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

获取电磁转矩给定值；

根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；其中，定子d轴电流第一给定值的计算公式为：

i^* _ds为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，T^* _e为所述鼠笼异步发电机的电磁转矩给定值，pole为所述鼠笼异步发电机的定子极数，L_m为所述鼠笼异步发电机的激磁电感；

根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；

根据调整后的所述端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

2.如权利要求1所述的鼠笼异步发电机的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

检测所述鼠笼异步发电机的启动时间；

若所述启动时间不超过第一预设时间阈值，则根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第二给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；其中，所述定子d轴电流第二给定值为所述定子d轴电流第一给定值的k倍，k>1。

3.如权利要求2所述的鼠笼异步发电机的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

若所述启动时间大于所述第一预设时间阈值且不超过第二预设时间阈值，则根据定子d轴电流第一给定值以及所述定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压。

4.如权利要求3所述的鼠笼异步发电机的控制方法，其特征在于，

所述第一预设时间阈值为时间常数的三分之一，所述第二预设时间阈值为所述时间常数，其中，所述时间常数为所述鼠笼异步发电机的转子电抗和转子电阻的比值。

5.如权利要求1-4任一项所述的鼠笼异步发电机的控制方法，其特征在于，

所述根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压的步骤包括：

获取所述鼠笼异步发电机的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流；

根据所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第一给定值的差值，以及所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值调整所述鼠笼异步发电机的机侧变流器提供至所述鼠笼异步发电机的所述端口电压。

6.一种鼠笼异步发电机的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

电磁转矩获取模块，用于获取电磁转矩给定值；

电流计算模块，用于根据所述电磁转矩给定值计算所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值；其中，电流计算模块中定子d轴电流第一给定值的计算公式为：

i^* _ds为所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值，T^* _e为所述鼠笼异步发电机的电磁转矩给定值，pole为所述鼠笼异步发电机的定子极数，L_m为所述鼠笼异步发电机的激磁电感；

端口电压调整模块，用于根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第一给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；

运行控制模块，用于根据调整后的端口电压控制所述鼠笼异步发电机的运行，以使所述鼠笼异步发电机的实时电磁转矩跟随所述电磁转矩给定值。

7.如权利要求6所述的鼠笼异步发电机的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

启动时间检测模块，用于检测所述鼠笼异步发电机的启动时间；

若启动时间检测模块检测到的所述启动时间不超过第一预设时间阈值，则所述端口电压调整模块还用于根据所述鼠笼异步发电机的定子d轴电流第二给定值以及定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压；其中，所述定子d轴电流第二给定值为所述定子d轴电流第一给定值的k倍，k>1。

8.如权利要求7所述的鼠笼异步发电机的控制系统，其特征在于，

若所述启动时间检测模块检测到所述启动时间大于所述第一预设时间阈值且不超过第二预设时间阈值，则所述端口电压调整模块用于根据定子d轴电流第一给定值以及所述定子q轴电流第一给定值调整所述鼠笼异步发电机的端口电压。

9.如权利要求8所述的鼠笼异步发电机的控制系统，其特征在于，

所述第一预设时间阈值为时间常数的三分之一，所述第二预设时间阈值为所述时间常数，其中，所述时间常数为所述鼠笼异步发电机的转子电抗和转子电阻的比值。

10.如权利要求6-9任一项所述的鼠笼异步发电机的控制系统，其特征在于，

所述端口电压调整模块还用于获取所述鼠笼异步发电机的实时定子d轴电流以及实时定子q轴电流；根据所述实时定子d轴电流与所述定子d轴电流第一给定值的差值，以及所述实时q轴电流与所述定子q轴电流第一给定值的差值调整所述鼠笼异步发电机的机侧变流器提供至所述鼠笼异步发电机的所述端口电压。

11.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的鼠笼异步发电机的控制方法的步骤。

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