[发明专利]一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统及其控制方法，系统部分包括高阻抗永磁发电机、桥式功率变换器、发电机断路器、实时采集电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、实时采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、实时采集直流侧输出电压的电压传感器、电气负载；方法部分将二自由度控制器代替PI控制器并将其应用在外环电压环，通过两组可调参数来调节系统的设定值跟随性能以及抗干扰性能。为了进一步减小突加、突卸负载时直流侧电压的波动，通过控制交轴电流的变化量用于调节直流侧电压的指令值，当负载突加时，直流侧电压指令值增大，当负载突卸时，直流侧电压指令值减小。本发明无需额外硬件，实现简单，在突加、突卸负载的情况下能够降低直流侧输出电压的波动，提高系统的动态性能。

技术领域

本发明涉及一种发电系统，尤其涉及一种降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，属于发电技术领域。

背景技术

机载系统预计将具有更低的油耗、更低的重量、更安全、更容易维护。因此，多电飞机的概念被提出。多电飞机采用电气系统取代气动和液压系统，如发动机的起动、环境控制系统、机翼防冰系统、驱动系统等等。同时，多电飞机也导致了对电能的需求不断增加，该电能由发动机驱动的发电机提供。因此，发电机的类型将对飞机电源系统产生很大的影响。永磁电机具有高功率密度、高效率和高速的优点，结合PWM可控整流器，永磁电机在飞机高压直流电源系统中具有很强的竞争力。

在实际应用中，快的动态响应速度、稳定的设定值跟随性能以及强的抗干扰性能是飞机电源系统的要求。当永磁电机作为电动机运行时，将负载转矩视为外部干扰，而对于永磁发电机，将直流侧电气负载视为外部干扰。外部干扰会导致电机速度或者直流侧输出电压的波动，从而影响系统的动态性能。针对负载转矩的扰动，滑模控制、鲁棒控制、自适应控制以及二自由度控制能够抑制负载转矩的扰动。滑模控制的特点是根据当前状态变量来调整反馈控制系统的结构，然后系统向着预先设计的状态运行，系统的动态性能与系统参数和外界干扰无关，它具有响应速度快、鲁棒性强等优点。鲁棒控制的目的是最小化控制器对模型不确定性(包括外部扰动和参数摄动)的灵敏度。通过自适应控制建立参考模型，通过调整参考模型输出与实际模型输出之间的误差来调整控制参数，使实际系统的输出尽可能接近参考模型的输出。二自由度控制有两套可调参数，可以用来分别调整系统的设定值跟随性能和抗干扰能力。在这些方法中，自适应控制由于易于实现和精度高，成为常用的方法。然而，针对电气负载突加、突卸引起的扰动，相应的扰动抑制方法却很少。现有的方法主要是有源阻尼法，通过在直流侧并联虚拟的电阻来减小等效的电阻和时间常数，从而提高突加、突卸负载时的动态响应速度。但是，该方法的缺点是影响系统的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的永磁可控发电系统在负载突变情形下的直流侧输出电压波动大的问题，提供一种实现简单、有效可靠的降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法。

本发明的降低直流侧电压波动的永磁发电系统，其特征在于，包括：永磁发电机、桥式功率变换器、发电机断路器、实时采集电机转子位置信号的旋转变压器、解码电路、实时采集电机三相电枢绕组电流的电流传感器、实时采集直流侧输出电压的电压传感器、电气负载；所述永磁发电机为高阻抗永磁电机，绕组星型连接，且为集中绕组，隔齿绕制。

如上所述降低直流侧电压波动的永磁发电系统控制方法，其特征在于，所述控制方法包括外环和内环两部分，所述外环为电压环，内环为电流环；首先，将实际检测的直流侧电压与直流电压指令值相比较，经过二自由度控制器，产生交轴电流指令值；然后，通过霍尔电流传感器检测得到三相绕组电流，通过坐标变换得到两相旋转坐标系下的电流，用于电流闭环控制，内环电流环采用传统PI控制；同时采用交轴电流反馈补偿法用于补偿直流侧电压指令值，从而降低由于突加、突卸负载引起的直流侧输出电压波动。