CN113630057B - 一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法，属于飞轮储能技术领域。该方法包括直流电压外环控制和电流内环控制，以及弱磁电流计算模块和限幅模块。本发明根据飞轮储能系统中高速电机的额定转速、额定电压、电机的漏感以及直流电压设定得到在控制直流电压中弱磁电流的给定值，所述控制方法算法可靠、响应快、计算量少、实时调节弱磁电流给定，拓宽了飞轮储能系统直流电压控制范围。

Description

一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法

技术领域

本发明属于飞轮储能技术领域，涉及一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法。

背景技术

飞轮储能系统因功率密度大、运行效率高、瞬时放电功率大等优点，在电力系统调峰调频、UPS供电、城轨列车能量回收制动等方面有着广泛的应用前景。飞轮储能系统与外部能量交换的控制方案有以直流电压控制为目标的控制方案、控制飞轮转速的控制方案、根据外部功率指令的控制方案。

飞轮储能变流器在控制直流侧电压时，一般采用电压外环、电流内环的双环控制结构。在飞轮运行在高速时，高速电机反电动势较高，直流给定的电压较低时，需要对高速电机进行弱磁控制。目前飞轮储能变流器在控制直流电压中采用的方法有恒定弱磁电流法，即在飞轮放电过程中始终有固定的弱磁电流分量，这种方法在飞轮运行在低速时需要变流器有很大的过载能力；斜坡下降法，这种方法中给定弱磁电流是飞轮转速线性相关函数，在飞轮高速时进行弱磁，但需要根据不同的电机、给定直流电压调整函数关系式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法，该方法为：电压控制器和转矩轴电流控制器连接后进行脉冲调制；

同时，弱磁电流计算模块、限幅模块和磁链轴电流控制器连接后也进行脉冲调制；

脉冲调制后调节高速电机，从而控制飞轮。

可选的，所述电压控制器将输入的直流电压设定值和实际检测的直流侧电压u_dc的差值产生转矩轴给定电流/>

所述弱磁电流计算模块将输入直流电压设定值和飞轮的实际速度n处理得到计算的弱磁电流值i_Mset；

所述限幅模块将输入的弱磁电流值i_Mset处理得到最终的磁链轴电流给定值

所述转矩轴电流控制器将输入的转矩轴电流给定值和转矩轴反馈电流i_T做比较的差值，处理得到参考电压/>

所述磁链轴电流控制器将输入的轴电流给定值和磁链轴反馈电流i_M做比较的差值，处理得到参考电压/>

可选的，所述弱磁电流计算模块中，高速电机的电压计算公式为：

其中u是电机实际电压；n是高速电机转速，与检测装置检测到的转速和速度观测器观测到的转速相同；U_N是电机的额定电压；n_N是电机的额定转速。

可选的，所述弱磁电流值的计算公式为：

其中L_σ是高速电机的漏感；ω是高速电机的电气角频率；

Δu_dc是直流电压差计算公式是：

其串是直流电压闭环的设定电压，m^*是在弱磁控制时最大的调制度，取值范围0＜m^*＜1。

可选的，所述限幅模块的上限为i_LU＝0；

所述限幅模块的下限为i_LL：

其中I_max是飞轮储能变流器所允许运行的最大电流值；

最大转矩电流I_{T max}的计算公式为：

其中P^*是飞轮储能变流器设定最大有功功率输出值。

本发明的有益效果在于：在根据飞轮的转速和直流电压设定自动调节弱磁电流的给定，并且适用于永磁同步电机和异步电机的飞轮储能系统中。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明原理图；

图2为弱磁电流计算模块的结构框图；

图3为限幅模块的结构框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法，该方法包括：电压控制器、转矩轴电流控制器、磁链轴电流控制器、弱磁电流计算模块和限幅模块；根据高速电机的额定电压、额定转速、电机漏感、直流电压设定实现电压闭环中弱磁电流的给定。

所述飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法的工作流程为：

电压控制器将输入的直流电压设定值和实际检测的直流侧电压u_dc的差值产生转矩轴给定电流/>

弱磁电流计算模块将输入直流电压设定值和飞轮的实际速度n处理得到计算的弱磁电流值i_Mset；

限幅模块将输入的弱磁电流值i_Mset处理得到最终的磁链轴电流给定值

转矩轴电流控制器将输入的转矩轴电流给定值和转矩轴反馈电流i_T做比较的差值，处理得到参考电压/>

磁链轴电流控制器将输入的轴电流给定值和磁链轴反馈电流i_M做比较的差值，处理得到参考电压/>

一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法中，弱磁电流计算模块中高速电机的电压计算公式为：

其中u是电机实际电压；n是电机实际转速，可以是检测装置检测到的转速，也可以是速度观测器观测到的转速；U_N是电机的额定电压；n_N是电机的额定转速；

一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法中，所述弱磁电流计算公式为：

其中L_σ是高速电机的漏感；ω是电机的电气角频率；

Δu_dc是直流电压差计算公式是：

其中是直流电压闭环的设定电压，m^*是在弱磁控制时最大的调制度，取值范围0＜m^*＜1

一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法中，限幅模块上限给定i_LU＝0；

限幅模块的下限给定i_LL的计算公式为：

其中I_max是飞轮储能变流器所允许运行的最大电流值；

最大转矩电流I_{T max}的计算公式为：

其中P^*是飞轮储能变流器设定最大有功功率输出值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种飞轮储能系统直流电压闭环的弱磁电流控制方法，其特征在于：该方法为：电压控制器和转矩轴电流控制器连接后进行脉冲调制；

同时，弱磁电流计算模块、限幅模块和磁链轴电流控制器连接后也进行脉冲调制；

脉冲调制后调节高速电机，从而控制飞轮；

所述电压控制器将输入的直流电压设定值和实际检测的直流侧电压u_dc的差值产生转矩轴给定电流/>

所述弱磁电流计算模块将输入直流电压设定值和飞轮的实际速度n处理得到计算的弱磁电流值i_Mset；

所述限幅模块将输入的弱磁电流值i_Mset处理得到最终的磁链轴电流给定值

所述转矩轴电流控制器将输入的转矩轴电流给定值和转矩轴反馈电流i_T做比较的差值，处理得到参考电压/>

所述磁链轴电流控制器将输入的轴电流给定值和磁链轴反馈电流i_M做比较的差值，处理得到参考电压/>

所述弱磁电流计算模块中，高速电机的电压计算公式为：

其中u是电机实际电压；n是高速电机转速，与检测装置检测到的转速和速度观测器观测到的转速相同；U_N是电机的额定电压；n_N是电机的额定转速；

所述弱磁电流值的计算公式为：

其中L_σ是高速电机的漏感；ω是高速电机的电气角频率；

是直流电压差计算公式是：

其中是直流电压闭环的设定电压，m^*是在弱磁控制时最大的调制度，取值范围0＜m^*＜1；

所述限幅模块的上限为i_LU＝0；

所述限幅模块的下限为i_LL：

其中I_max是飞轮储能变流器所允许运行的最大电流值；

最大转矩电流I_Tmax的计算公式为：

其中P^*是飞轮储能变流器设定最大有功功率输出值。