[发明专利]MEES机组储能过程混沌控制及其谐波振荡消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEES机组储能过程混沌控制及谐波振荡消除方法，属于电气工程领域。 

背景技术

当前, 我国最高用电负荷持续增加, “间歇性”电源接入占比不断扩大, 设计一种大容量电能储存装置, 对于保证电能的供需平衡, 解决智能电网和规模化“间歇性” 电源入网问题具有十分重要的意义。在深入研究涡簧弹性储能原理的基础上, 本发明提出了一种机械弹性储能(mechanical elastic energy storage, MEES) 机组建立其非线性动力学模型，揭示了永磁电机式机械弹性储能机组混沌产生机理，并其对其进行控制及抑制。 

人们对于机械弹性储能从不同的角度提出了很多消除谐振的措施,，取得了很多研究成果。提出了不同的消除谐振的措施。而对混沌产生机理，并其对其进行控制及抑制方法却鲜有报道。 

本发明采用一个最简易控制器，可以实现MEES机组储能过程混沌谐振的快速控制及消除。 

发明内容

本发明提供了一种MEES机组储能过程混沌控制及谐波振荡消除方法，该方法首先根据MEES机组储能过程模型如图1所示，该方法首先提出了一种新的基于机械弹性的储能方法，推导了永磁电机式机械弹性储能(MEES) 机组的非线性动力学模型，机组在储能过程中某些参数及运行条件下会出现混沌运动，然后系统变量进行控制，利用一个最简单的控制器可以消除变永磁电机式机械弹性储能的混沌现象。 

本发明提出的技术方案具体步骤包括：永磁电机式MEES 机组由储能箱、齿轮变速箱、永磁同步电机、双向变流器、断路器和机组控制器等组成, 几十个甚至更多个这样的机组组合在一起, 可建成机械弹性储能电站. 机械弹性储能电站通过一个集中的中央控制器实现对多个机组的顺序储能、发电控制, 可实现大规模电能存储与发电之目的。永磁电机式MEES机组以储能箱储能涡簧的弹性变形能作为动力源或负载, 其运行原理分为储能与发电两个过程: 储能时, 电能驱动永磁电机运行, 电机再通过齿轮变速箱使储能箱中的涡簧拧紧,涡簧就以弹性势能的形式将能量储存起来, 完成电能到弹性势能的转换; 之后, 涡簧维持锁紧状态, 直到接收到一个能量释放的控制信号; 当释能时, 储能箱中锁紧的涡簧开始释放, 通过齿轮变速箱带动储能电机发电(或并网), 实现弹性势能到电能转换的能量释放过程。 

采用永磁电机和全功率双向变流器的MEES机组模型，机械弹性储能箱是MEES 机组的储能元件, 储能时, 储能箱相当于永磁电机的输出负载, 若要求储能箱以恒定角速度储存能量, 其扭矩公式可写为 

                                                                                                                 (1)

其中, T 为储能箱扭矩, T0 为初始扭矩, ω为储能箱储能角速度, E 为涡簧材料弹性模量, B 为材料宽度, H 为材料厚度, L 为涡簧长度。

储能时, 永磁电机运行于电动机状态, 其同步旋转轴下的数学模型为 

                                                                         (2)

 

式中, 式中，，分别为变换 d , q 轴电压和负载扭矩; 为转子角速度. 为转子永久磁链，是定子电阻，是极对数，J 是转子惯量，b 是阻尼系数， 和分别是直轴和交轴电感。

对方程(2)进行仿射变换及时间尺度变换，其无量纲方程为： 

                              

                                                                                                      (3)

                              

永磁电机式MEES 机组系统，设为期望转速，期望d轴电流为，则速度跟踪误差和d轴电流跟踪误差分别为