[发明专利]一种能源互联网发电机系统效率优化控制方法

说明书

本发明公开的一种能源互联网新型发电机系统效率优化控制方法，首先根据开关磁阻发电机的数学模型和电磁特性推导出参数θ_p的特征值(θ_p为相电流第一次达到电流参考值对应的转子位置角)；接着依据参数θ_p推导出参数θ_e的特征值(θ_e为续流电流降至零对应的转子位置角)；最后采用两个PI闭环，分别调节开通角和关断角，使参数θ_p和θ_e位于特征值附近。与此同时采用电流斩波控制，使发电功率跟随目标功率的变化而变化，从而实现开关角的自动调节以及效率在线优化。该方法不需要估算机械功率，取而代之测量相对容易且不受外界干扰的θ_p和θ_e，实现方式简单，动态响应速度快，优化精度高，具有良好的工程应用价值。

技术领域

本发明属于能源互联网领域，涉及一种能源互联网发电机系统效率优化控制方法。

背景技术

开关磁阻发电机以结构简单、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。由电压方程、磁链方程、转矩方程及运动方程构成的数学模型从理论上准确地、完整地描述了电磁与力学关系，然而由于开关磁阻发电机具有的双凸极结构使其电磁特性具有严重非线性，导致这些数学模型在实际中很少得到应用。无法建立开关磁阻发电机准确的损耗解析模型，则难以获得开关角与系统输出功率或发电效率之间准确的解析函数，因此无法通过计算法推导出最优开关角。目前开关角优化方法主要分为：离线数据优化法和在线寻优法。离线数据优化法通过仿真或实验获得开关磁阻发电机系统在不同工况下的最优开关角，并建立最优开关角与系统运行状态物理量(转速、电流参考值、目标功率和母线电压)之间的映射关系，接着导入到查找表，从而在系统运行过程中能根据运行状态物理量在线输出最优开关角。系统性能优化结果与查找表的维数及存储数据量有关。高维数和大量的数据可以提升系统性能，但需要占用大量内存以及消耗更多计算资源，对处理器的运算速度和存储空间有较高要求。同时随着开关磁阻发电机系统运行工况、环境及时间的改变，最优开关角也随之发生变化，因此静态获取的离线数据往往不能一直取得较好的控制性能。在线寻优法不依赖发电机的数学模型与结构参数，通过寻优算法迭代调节开关角，使系统发电效率不断增加，最终稳定于最优值。寻优算法的快速性和准确性由初始点(优化区间)和步长决定。较大的步长可以缩短发电机系统到达最优值附近的时间，但容易引起系统振荡，降低了寻优算法的准确性和系统的稳定性。而缩短步长可以提高优化精度并增强系统稳定性，但需要耗费大量时间，降低了算法的快速性。此外随着运行工况的变化，开关磁阻发电机系统需要重新启动寻优算法，多次进行功率闭环控制，耗时较多。同时估算机械功率不但需要消耗处理器资源，而且估算结果容易受测量误差与外界干扰所影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提出一种开关磁阻发电机系统效率优化控制方法。根据开关磁阻发电机的数学模型和电磁特性推导出系统运行于效率最优对应的参数特征值，接着采用PI闭环，通过调节开通角和关断角，使系统参数处于特征值附近，从而自动完成开关角优化控制，实现系统发电效率最优。