一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108809189A(43)申请公布日2018.11.13(21)申请号201810596905.8(22)申请日2018.06.11(71)申请人华北电力大学地址100000北京市昌平区朱辛庄北农路2号(72)发明人武鑫柳亦兵(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465代理人李冉(51)Int.Cl.H02P21/22(2016.01)H02P6/08(2016.01)H02J3/30(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法(57)摘要本发明提出了一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，采用连续参考转速曲线减小系统充电过程中转子承受的振动和冲击；对于轴上安装有飞轮转子的永磁同步电机，在外环转速控制中，通过自适应补偿方法，对内部参数和外部负载进行估算；随后将估算结果与鲁棒控制器的输出结果叠加，作为q轴参考电流提供给内环电流控制，然后获得q轴控制输入电流，精确控制转子转速。本发明将连续参考转速曲线、鲁棒控制、自适应补偿、线性控制相结合，能够有效提高调频型飞轮储能系统充电过程中的系统性能，改善转速跟踪误差。CN108809189ACN108809189A权利要求书1/3页1.一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)为减小飞轮储能系统在充电过程中转子承受的振动和冲击，根据转子初始转速和最终期望转速，设定达到最终期望转速过程中转子转速、角加速度、角加加速度均连续，起始和结束的角加速度与角加加速度均为0，进而获得连续转速曲线，作为转子转速控制的参考输入曲线；2)针对电机轴上安装有飞轮转子的永磁同步电机，应用转速-电流双闭环控制，外环为转速环，采用自适应补偿器和鲁棒控制器进行控制；内环为电流环，应用线性控制器进行控制；外环转速控制中，连续参考转速曲线与实际转速反馈相减后的误差值，输入鲁棒控制器，获得输出结果；通过自适应补偿器对内部参数和外部负载进行估算；将估算结果与鲁棒控制器的输出结果叠加后，作为q轴参考电流提供给内环电流控制；在内环电流控制中，q轴参考电流与实际q轴反馈电流相减后的误差值，输入线性控制器，获得q轴控制输入电流；q轴控制输入电流输入永磁同步电机，进而控制永磁同步电机输出转速，从而实现对安装在电机轴上的飞轮转子转速的精确控制。2.根据权利要求1所述的一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，其特征在于，为减小飞轮储能系统在充电过程中转子承受的振动和冲击，所述连续参考转速曲线如下：543ω(t)＝ω0+(ωf-ω0)·[6·(t/Td)-15·(t/Td)+10·(t/Td)](1)其中：ω0为转子初始转速，ωf为转子最终期望转速，Td为时间周期，t∈[0Td]。3.根据权利要求2所述的一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，其特征在于，针对电机轴上安装有飞轮转子的永磁同步电机，在同步旋转坐标d-q轴下，设定d轴的等效电流为零，系统动力学模型如下：式中：J为电机和负载折算的转动惯量，B为电机的黏性摩擦系数，ωm代表转子当前转速，Te代表电机转矩，TL为负载转矩或扰动集合，p代表电动机的极对数，ψf为电动机的磁通，iq为q轴电流。4.根据权利要求3所述的一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，其特征在于，将式(2)中第二个公式中的Te代入第一个公式，并考虑系统动力学模型的不确定项，获得下述公式：其中Te＝ktiq(3)2CN108809189A权利要求书2/3页式中：kt为力矩系数，为转子转速对时间的导数，d代表模型的有界的非线性不确定项。5.根据权利要求4所述的一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，其特征在于，考虑通过q轴电流来控制转速的控制方法，式(3)改写为下述形式:式中：u为控制方法，x1＝ωm，θ1＝J,θ2＝B,θ3＝TL。6.根据权利要求5所述的一种并网调频型飞轮储能系统充电过程中的转速控制方法，其特征在于，TT设定未知参数向量θ＝[θ1θ2θ3]＝[JBTL]，使未知参数向量θ和非线性不确定项d的范围满足如下条件：式(5)中，非线性不确定项d的范围为δd，未知参数向量θ的最大值为θmax＝[θ1maxθ2maxTTθ3max]，最小值为θmin＝[θ1minθ2minθ3min]皆已知；分别定义未知参数向量θ的估算值和估算误差为和向量θ通过如下参数投影自适应算法估算：式(6)中τ为自适应函数，Γ为用于未知参数向量辨识的正定对角矩阵；式(6)中的投影定位为(i＝1，2，3)：式(7)中的投影定位满足下述条件：7.根据权利要求6所述的