海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將滑膜觀測(cè)器、參考模型歸一化法與模糊控制器結(jié)合在一起進(jìn)行電機(jī)控制。本發(fā)明采用EOUC方法對(duì)海浪發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將?；^測(cè)器與參考模型歸一化法結(jié)合在一起，可以準(zhǔn)確、有效的海浪發(fā)電系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的電機(jī)動(dòng)子位置和速度信息，此控制算法明顯減輕了損耗，提高了效率，同時(shí)采取無(wú)位置傳感器技術(shù)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的魯棒性，節(jié)約了成本。
【專利說(shuō)明】海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將滑膜觀測(cè)器、參考模型歸一化法與模糊控制器結(jié)合在一起進(jìn)行電機(jī)控制。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)能源日趨枯竭、環(huán)境污染問(wèn)題惡化，新能源開(kāi)發(fā)迫在眉睫。隨著低功耗無(wú)線傳感器的發(fā)展，利用環(huán)境清潔可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能以及波浪能發(fā)電制作成微電源為傳感器節(jié)點(diǎn)提供電能，日益受到各界廣泛關(guān)注。相比風(fēng)能與太陽(yáng)能技術(shù)，波浪能發(fā)電技術(shù)要落后十幾年。但是波浪能具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，波能能量密度高，是風(fēng)能的4?30倍；相比太陽(yáng)能，波浪能不受天氣影響。波浪能發(fā)電電源是利用波浪發(fā)電制作成的電源，為海洋傳感節(jié)點(diǎn)供電具有諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0003]目前，在各種結(jié)構(gòu)的海浪發(fā)電系統(tǒng)中，采用永磁同步發(fā)電機(jī)(PMSG)的方案及其效率較高，具有無(wú)需勵(lì)磁電路等優(yōu)點(diǎn)，有著重要的地位，PMSG由于這些優(yōu)點(diǎn)而得到了更多的應(yīng)用。采用PMSG的海浪發(fā)電系統(tǒng)，需要通過(guò)全功率電力電子變換器，將發(fā)電機(jī)輸出的變壓變頻的交流電變換為一定電壓的直流電，再逆變成恒頻恒壓的交流電，滿足并網(wǎng)或者離網(wǎng)用戶的要求。目前，通過(guò)改變勵(lì)磁電流達(dá)到效率優(yōu)化目的的方法主要有三種:基于損耗模型控制、在線搜索控制以及混合搜索控制?；趽p耗模型控制需要精確的模型和參數(shù)，雖然搜索控制不需要精確的損耗模型和參數(shù)，但系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象而不穩(wěn)定，這些方法的損耗模型未包括機(jī)械損耗且是針對(duì)電動(dòng)機(jī)提出的。對(duì)于永磁同步發(fā)電機(jī)而言控制目標(biāo)不再是速度和轉(zhuǎn)矩而是發(fā)電的效率和質(zhì)量，發(fā)電機(jī)的速度由原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)器控制。在發(fā)電機(jī)輸出功率不變的條件下通過(guò)改變速度有可能使系統(tǒng)效率進(jìn)一步提升?；趽p耗模型的效率優(yōu)化控制應(yīng)用于永磁同步發(fā)電機(jī)中，但沒(méi)有通過(guò)改變速度提高系統(tǒng)效率，且仍未考慮機(jī)械損耗而這些控制方式中，又需實(shí)時(shí)要得到PMSG的動(dòng)子位置角，
[0004]一般情況下，PMSG采用機(jī)械式位置傳感器來(lái)檢測(cè)動(dòng)子位置，如光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。然而，機(jī)械式傳感器的存在帶來(lái)了很多弊端:1)電機(jī)與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統(tǒng)可靠性；2)加大了電機(jī)空間尺寸和體積，減少了功率密度，增加了系統(tǒng)的硬件成本和維護(hù)成本；3)在高溫與強(qiáng)腐蝕環(huán)境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。以上幾點(diǎn)都是造成海浪發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定工作的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，采用EOUC方法對(duì)海浪發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將?；^測(cè)器與參考模型歸一化法結(jié)合在一起，可以準(zhǔn)確、有效的海浪發(fā)電系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的電機(jī)動(dòng)子位置和速度信息，此控制算法明顯減輕了損耗，提高了效率，同時(shí)采取無(wú)位置傳感器技術(shù)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的魯棒性，節(jié)約了成本。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將滑膜觀測(cè)器、參考模型歸一化法與模糊控制器結(jié)合在一起進(jìn)行電機(jī)控制，具體包括以下步驟:
[0008](I)采用最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制(EOUC)系統(tǒng)，根據(jù)不同速度對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)的影響，得出功率因數(shù)最大速度表達(dá)式，同時(shí)結(jié)合功率因數(shù)最大d軸電流控制，進(jìn)行功率因數(shù)最大的d軸電流和速度聯(lián)合控制，具體為:電流內(nèi)環(huán)采用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償和前段分離的控制算法，電壓外環(huán)的輸出為q軸電流參考恒定值，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)q軸電流以保證直流母線電壓與q軸電流參考恒定值一致；同時(shí)為了使海浪發(fā)電系統(tǒng)處于最大功率因數(shù)值，不停的調(diào)節(jié)和更新原動(dòng)機(jī)的速度，通過(guò)計(jì)算得到給定速度值；當(dāng)海浪發(fā)電系統(tǒng)處于快速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，令
d軸電流采用給定值? =0?以保證整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；當(dāng)海浪發(fā)電系統(tǒng)處于低速運(yùn)行狀態(tài)
時(shí)，由于速度的變化遠(yuǎn)小于d軸電流的變化，因此d軸電流變?yōu)橥ㄟ^(guò)計(jì)算而得到的最優(yōu)值；
[0009](2)為了使海浪發(fā)電系統(tǒng)的有較好的輸出電流波形，單純的SVPWM異步調(diào)制模式很難滿足性能的要求，因此PWM調(diào) 制方式采用切換式空間電壓矢量脈寬調(diào)制:在海浪發(fā)電系統(tǒng)低頻運(yùn)行下，采用傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制；在在海浪發(fā)電系統(tǒng)高頻運(yùn)行條件下，采用9段式SVPWM調(diào)制；
[0010](3)基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)的滑膜觀測(cè)器來(lái)檢測(cè)海浪發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)子位置，為了削弱滑膜觀測(cè)器的抖振現(xiàn)象，采用飽和函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開(kāi)關(guān)函數(shù)z，得到等效反電動(dòng)勢(shì)，從而可以獲得動(dòng)子位置檢測(cè)，采用參考模型歸一化算法得到動(dòng)子的估算速度；
[0011](4)為了消弱參考模型歸一化法中參考模型的抖振現(xiàn)象，采用模糊控制器對(duì)估算速度和給定速度進(jìn)行模糊化處理，將跟蹤誤差ε和誤差變化率CU作為模糊控制器的輸入，最終函數(shù)e作為模糊控制器的輸出，e、cU和e都進(jìn)行歸一化處理，確定輸出變量的語(yǔ)言值。
[0012]有益效果:本發(fā)明提供的海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，具有如下特點(diǎn):1、克服了機(jī)械式傳感器帶來(lái)的弊端，節(jié)約了硬件成本和維修成體，同時(shí)提高了的抗干擾性和魯棒性；2、無(wú)需其他的額外硬件，且無(wú)需額外復(fù)雜的控制算法，成本較低，非常適合于工業(yè)應(yīng)用中；3、使用的復(fù)合控制算法，在輕載時(shí)顯著減小了損耗，損耗與輸出功率近似恒值，在全負(fù)載范圍內(nèi)效率都保持一個(gè)較高的值，且系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也到了適當(dāng)?shù)奶嵘?、采用改進(jìn)的SVPWM控制方法，使得海浪發(fā)電系統(tǒng)在高頻和低頻下有效的解決了諧波含量大的問(wèn)題，使得輸出的電流濾除諧波，提高了電能輸出的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為PMSG交直軸等效電路，其中I (a)為交軸等效電路、I (b)為直軸等效電路；
[0014]圖2為空間電壓矢量圖；
[0015]圖3為9段式空間電壓矢量位置圖；[0016]圖4為帶有滑模觀測(cè)器的擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)法原理圖；
[0017]圖5為歸一化算法的轉(zhuǎn)速估計(jì)器框圖；
[0018]圖6為最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020]海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將滑膜觀測(cè)器、參考模型歸一化法與模糊控制器結(jié)合在一起進(jìn)行電機(jī)控制，具體包括以下步驟:
[0021](I)采用最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制(EOUC)系統(tǒng)，根據(jù)不同速度對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)的影響，得出功率因 數(shù)最大速度表達(dá)式，同時(shí)結(jié)合功率因數(shù)最大d軸電流控制，進(jìn)行功率因數(shù)最大的d軸電流和速度聯(lián)合控制，具體為:電流內(nèi)環(huán)采用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償和前段分離的控制算法，電壓外環(huán)的輸出為q軸電流參考恒定值，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)q軸電流以保證直流母線電壓與q軸電流參考恒定值一致；同時(shí)為了使海浪發(fā)電系統(tǒng)處于最大功率因數(shù)值，不停的調(diào)節(jié)和更新原動(dòng)機(jī)的速度，通過(guò)計(jì)算得到給定速度值；當(dāng)海浪發(fā)電系統(tǒng)處于快速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，令d
軸電流采用給定值以保證整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；當(dāng)海浪發(fā)電系統(tǒng)處于低速運(yùn)行狀態(tài)
時(shí)，由于速度的變化遠(yuǎn)小于d軸電流的變化，因此d軸電流變?yōu)橥ㄟ^(guò)計(jì)算而得到的最優(yōu)值；
[0022](2)為了使海浪發(fā)電系統(tǒng)的有較好的輸出電流波形，單純的SVPWM異步調(diào)制模式很難滿足性能的要求，因此PWM調(diào)制方式采用切換式空間電壓矢量脈寬調(diào)制:在海浪發(fā)電系統(tǒng)低頻運(yùn)行下，采用傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制；在在海浪發(fā)電系統(tǒng)高頻運(yùn)行條件下，采用9段式SVPWM調(diào)制；
[0023](3)基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)的滑膜觀測(cè)器來(lái)檢測(cè)海浪發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)子位置，為了削弱滑膜觀測(cè)器的抖振現(xiàn)象，采用飽和函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開(kāi)關(guān)函數(shù)z，得到等效反電動(dòng)勢(shì)，從而可以獲得動(dòng)子位置檢測(cè)，采用參考模型歸一化算法得到動(dòng)子的估算速度；
[0024](4)為了消弱參考模型歸一化法中參考模型的抖振現(xiàn)象，采用模糊控制器對(duì)估算速度和給定速度進(jìn)行模糊化處理，將跟蹤誤差ε和誤差變化率CU作為模糊控制器的輸入，最終函數(shù)e作為模糊控制器的輸出，e、cU和e都進(jìn)行歸一化處理，確定輸出變量的語(yǔ)言值。
[0025]下面就本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程、原理加以分析說(shuō)明。
[0026]在PMSG慣例下建立永磁同步發(fā)電機(jī)交直軸等效電路如圖1所示，由圖1可得PMSG的交直軸電壓動(dòng)態(tài)方程式為:
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[0027]dtdt(I)
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lf,i = wAlLl — Lm,1-JtKui — A-JtiJ ~RJ,I
[0028]式中，uq, Ud分別表不定子電壓交直軸分量；Vf表不永磁磁鏈；:[,，id分別表不定子電流交直軸分量；iwq，iwd分別表示有功電流交直軸分量為定子漏感；Lmq，Lmd分別為交直軸電樞反應(yīng)電感；Lq，Ld分別為交直軸同步電感為電角速度；wf為永磁磁鏈；RS為包括功率開(kāi)關(guān)損耗再定的定子繞組電阻。
[0029]穩(wěn)態(tài)時(shí)，式⑴中電流有如下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.海浪發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)構(gòu)建最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制方法，其特征在于:采取最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制技術(shù)的d軸電流和速度復(fù)合控制技術(shù)，同時(shí)為了滿足系統(tǒng)中所需要的動(dòng)子位置信息，將滑膜觀測(cè)器、參考模型歸一化法與模糊控制器結(jié)合在一起進(jìn)行電機(jī)控制，具體包括以下步驟: (1)采用最優(yōu)化功率因數(shù)復(fù)合控制系統(tǒng)，根據(jù)不同速度對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)的影響，得出功率因數(shù)最大速度表達(dá)式，同時(shí)結(jié)合功率因數(shù)最大d軸電流控制，進(jìn)行功率因數(shù)最大的d軸電流和速度聯(lián)合控制，具體為:電流內(nèi)環(huán)采用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償和前段分離的控制算法，電壓外環(huán)的輸出為q軸電流參考恒定值，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)q軸電流以保證直流母線電壓與q軸電流參考恒定值一致；同時(shí)為了使海浪發(fā)電系統(tǒng)處于最大功率因數(shù)值，不停的調(diào)節(jié)和更新原動(dòng)機(jī)的速度，通過(guò)計(jì)算得到給定速度值；當(dāng)海浪發(fā)電系統(tǒng)處于快速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，令d軸電流采用給定值ζ=0?以保證整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；當(dāng)海浪發(fā)電系統(tǒng)處于低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由于速度的變化遠(yuǎn)小于d軸電流的變化，因此d軸電流變?yōu)橥ㄟ^(guò)計(jì)算而得到的最優(yōu)值； (2)PWM調(diào)制方式 采用切換式空間電壓矢量脈寬調(diào)制:在海浪發(fā)電系統(tǒng)低頻運(yùn)行下，采用傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制；在在海浪發(fā)電系統(tǒng)高頻運(yùn)行條件下，采用9段式SVPWM調(diào)制； (3)基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)的滑膜觀測(cè)器來(lái)檢測(cè)海浪發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)子位置，為了削弱滑膜觀測(cè)器的抖振現(xiàn)象，采用飽和函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開(kāi)關(guān)函數(shù)z，得到等效反電動(dòng)勢(shì)，從而可以獲得動(dòng)子位置檢測(cè)，采用參考模型歸一化算法得到動(dòng)子的估算速度； (4)為了消弱參考模型歸一化法中參考模型的抖振現(xiàn)象，采用模糊控制器對(duì)估算速度和給定速度進(jìn)行模糊化處理，將跟蹤誤差ε和誤差變化率CU作為模糊控制器的輸入，最終函數(shù)e作為模糊控制器的輸出，ε、(1ε和e都進(jìn)行歸一化處理，確定輸出變量的語(yǔ)言值。
【文檔編號(hào)】H02P21/13GK103986381SQ201410232515
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】余海濤, 孟高軍, 胡敏強(qiáng), 黃磊 申請(qǐng)人:東南大學(xué)