[发明专利]基于增量反推控制的机械弹性储能用PMSM控制方法

说明书

本发明公开了一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法。本发明的技术方案步骤包括：首先，建立以PMSM为驱动机构，涡卷弹簧作为负载的机械弹性储能系统数学模型；接着，通过引入虚拟控制量q轴和d轴电流，采用反推设计方法及增量控制原理得到增量控制器q轴电压u_q和d轴电压u_d，实现对永磁同步电机的控制；最后，确定增量反推控制器参数取值范围，并用仿真实验验证算法的准确性。本发明相较反推控制算法具有较强的鲁棒性，对于参考信号的跟踪速度更快、动态性能更好，实现了机械弹性储能系统稳定储能。

技术领域

本发明涉及电力系统储能领域，涉及机械弹性储能用永磁同步电机控制算法，特别是一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法

技术背景

环境污染和能源消耗的双重压力，促使我国提出了要构建以新能源为主体的新型电力系统的发展目标。新能源出力呈现随机性、间歇性的特点，改变了传统电力系统电源侧出力可控可调的固有特征。为应对间歇式新能源出力带来的系统功率不平衡问题，发展储能技术是最有效的途径之一。

以涡簧为储能媒介的机械弹性储能相较其它储能技术，因其安全性强、转换效率高、对环境友好、无静态损耗等优势，成为了当下研究热点。机械弹性储能系统通过控制永磁同步电机拧紧涡簧实现储能，研究表明，永磁同步电机传统矢量控制难以适应机械弹性储能系统多变量、强耦合和负载特性时变等非线性特点。因此，如何控制永磁同步电机实现快速平稳储能是一个亟待解决的问题。而增量反推算法是实现控制机械弹性储能用永磁同步电机的核心技术之一，对实现稳定储能具有重要指导意义。

发明内容

本发明目的在于实现控制机械弹性储能用永磁同步电机的控制，解决储能稳定性问题。本发明提供了一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，考虑了机械弹性储能系统的非线性特点，并以此为基础，推导出增量反推控制控制器，并对控制器参数进行了分析确定。最后通过仿真验证该算法具有较强的鲁棒性，对于参考信号的跟踪速度更快、动态性能更好，实现了机械弹性储能系统稳定储能。

本发明采用技术方案：一种基于增量反推控制的机械弹性储能用永磁同步电机控制方法，其包括步骤：

(1)建立以PMSM为驱动机构，涡卷弹簧作为负载的机械弹性储能系统数学模型；

(2)通过引入虚拟控制量q轴和d轴电流，采用反推设计方法及增量控制原理得到增量控制器q轴电压u_q和d轴电压u_d，实现对永磁同步电机的控制；

(3)确定增量反推控制器参数取值范围。

具体地，所述步骤(1)中，机械弹性储能系统数学模型建立步骤描述如下：

PMSM作为机械弹性储能系统的驱动机构，在dq轴同步旋转坐标系下的数学模型可表示为：

式中：u_d、u_q为d、q轴的定子电压；i_d、i_q为d、q轴的定子电流；L为定子电感；R为定子电阻；J为转动惯量；B为粘滞摩擦因数；φ_f为永磁磁通；n_p为转子极对数；ω_r为转子机械角速度；T_L为负载转矩。

根据材料力学知识，储能时，涡簧作为负载，假设涡簧材料的弹性模量、厚度、宽度和长度可分别表示为E、h、b和l，则负载转矩T_L和转动惯量J可描述为：

T_L＝T_L0+c₁δ＝T_L0+c₁∫ω_sdt (2)