[发明专利]一种无位置传感器下开关磁阻发电系统效率提升控制方法

说明书

一种无位置传感器下开关磁阻发电系统效率提升控制方法，首先利用电流注入法实时间接估算转子相对位置角度，省去位置传感器，降低开关磁阻发电机系统的故障发生率。以相电流有效值最小为效率提升控制目标，通过实验测量得出相电流有效值最小时开关磁阻发电机转速—功率—开通角度关系，计算出最优开通角度区域，在线查找开通角度、功率闭环控制关断角度，直到满足查找精度值后结束。该方法提高了发电机本体发电效率，降低了功率变换器的损耗，提高功率变换器工作可靠性、开关器件工作寿命。对开关磁阻发电系统具有良好的优化效果。

技术领域

本发明涉及开关磁阻发电机领域。

背景技术

开关磁阻发电机是一种双凸级式同步发电机，其结构简单，仅定子上有绕组，转子上无绕组与永磁体；成本低，维护简单，对工作环境要求极低；定子各相之间相互独立，故障容错性能好；转子无铜耗，发电效率高；激励参数多，控制方法灵活；系统输出电压为直流电，高压直流传输电时可直接DC-DC变换后并网。位置检测环节是开关磁阻发电系统的重要组成部分，检测到的位置信号转化成转子相对角度作为开关管导通和关断的依据。利用位置传感器，例如光电式传感器、编码器等可直接进行转子位置的测量，并通过数字控制器处理转化为实际开关角度。随着电机相数的不断增加，所需的传感器数量会增多。转子位置传感器的存在不仅增加了系统的复杂性，又给安装，调试带来了很大不便，严重削弱了电机结构简单的优势，降低了系统的可靠性，限制了应用。利用电机自身特性间接检测转子位置来代替位置传感器的使用成为当前磁阻电机领域一个有潜力的研究方向。开关磁阻电机的损耗主要有铁心损耗、铜线损耗、机械损耗和杂散损耗等，其中铜耗占有电机损耗的大部分。降低开关磁阻发电系统工作过程中的损耗，提高系统工作效率，对开关磁阻发电机在实际中的应用以及节能减排都具有重大的意义。铜耗占有开关磁阻电机损耗的大部分，优化铜耗可以提高电机效率。降低相电流有效值，减小开关管的损耗，降低温度，提高工作寿命；同时降低了功率变换器的器件损耗与线路损耗，提高功率变换器的工作可靠性与开关磁阻发电系统的效率。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中存在的问题，提供一种能够间接估算转子位置角度，提升开关磁阻发电机系统效率提升控制方法。

本发明的开关磁阻发电系统效率优化控制方法：

(1)利用电机的电感对称性将电机固定在特殊位置，根据电流注入法计算出特殊位置的电感；选定外加电流激励的判定区间，在该区间内进行电流注入并计算出斩波管斩波导通时间，确定电机的特殊位置，输出触发信号；根据电感线性变化区间，对角度误差进行补偿，提高角度估算的精度。角度计算式如下：

式中θ_a’为当前估算的脉冲时刻到来时的角度值，θ_a为上个时刻估算角度值。ω为估算的电机转速，Δt为估算脉冲的时间间隔，T为数字控制器采样周期。θ(k+1)为当前采样时刻的转子角度，θ(k)为上一采样时刻角度。Ln为7.5°时的电感值，Lm为15°时的电感值，Δt’当前的斩波管导通时间，U_dc为母线电压，Δi为滞环带宽。

(2)当发电机转速较高，反电动势较大时，电机采用角度位置控制，激励参数有开关角度设定电机允许的最大斩波限值电流、二分法查找精度值和给定功率，通过相电流有效值最小时开关磁阻发电机转速—功率—开通角度关系，计算出最优开通角度区域，利用二分法查找开通角度、功率闭环控制关断角度，直到满足查找精度值后结束。采用二分法在最优开通角度区域查找开通角度，通过给定扰动比较相电流有效值，不断将开通角度区域二分而减小，当开通角度区域满足给定精度时，查找结束。开关磁阻发电机工作在给定工作点的最小铜耗模式，发出电能。