[发明专利]考虑电气损耗的柔性负载振动及PMSM转矩脉动综合抑制方法

说明书

考虑电气损耗的定子电流矢量定向下柔性负载振动及PMSM转矩脉动综合抑制方法，所述控制方法首先基于PMSM最小损耗数学模型推导出最小损耗条件下的定子电流约束条件。随后将PMSM在电流矢量定向下的动态数学模型与永磁同步电机的振动模型相结合，建立了考虑电机电气损耗的永磁同步电机驱动永磁同步电机的整体数学模型。推导出永磁同步电机STS振动、电气损耗和转矩脉动综合控制的约束条件。然后，基于反推控制原理，在I/f控制框架下提出了一种考虑电气损耗的定子电流矢量定向下柔性负载振动及PMSM转矩脉动综合抑制方法(简称：闭环I/f综合控制方法)。为了准确获取速度信号，本发明同时设计了一种基于最小二乘法的PMSM速度辨识算法。仿真和实验证明，所提出的闭环I/f综合控制方法能够使状态变量快速、准确地跟踪各自的参考值，有效地抑制了转矩脉动和负载振动，提高了系统的运行效率。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的控制方法，属于电机技术领域。

背景技术

对于现代电力系统而言，大量新的可再生能源接入电网已成为一种普遍趋势。新可再生能源的间歇性和不可控性将对现有电力网络的基本运行规律产生不利影响，发展储能技术迫在眉睫。涡卷弹簧(spiral torsion spring,STS)具有储能大、功率密度高、寿命长等特点，将STS运用到储能领域得到了广泛的关注和研究。永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor，PMSM)具有结构简单、转矩惯性比大、损耗小等优点，被选为储能时的驱动电机。PMSM驱动柔性负载STS储能时，涡簧受到外力并绕入主轴会引起一系列频率较低并具有相当幅度的机械共振；同时由于电机结构设计的非理想、气隙磁场的畸变和逆变器的非线性等原因，永磁同步电机的转矩存在较大的脉动。二者都将对机组的稳定运行造成不利影响。另一方面，当下能源紧缺问题日益突出，电机的运行效率主要取决于对电机损耗的控制情况，忽略阻尼绕组时，PMSM的损耗包含铁损耗、铜损耗和机械损耗。因此，减小PMSM运行损耗，对提高电机控制性能和节约能源有着重要的意义。现有关于这三个问题的研究大多都是单一的，但事实上这三个问题将相互耦合，互相影响。因此，将这三个问题纳入统一的框架进行研究，对强化机组运行稳定性，提高运行效率有着重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于针对现有技术的弊端，做出两点创新：一是提出了一种考虑电气损耗的柔性负载振动及PMSM转矩脉动综合抑制方法(简称：闭环I/f综合控制方法)以实现对柔性负载振动、PMSM转矩脉动及PMSM电气损耗的综合控制。二是设计了一种基于最小二乘法的PMSM速度辨识方法以实现对PMSM转速的跟踪。

本发明所述的问题是由以下技术方案实现的：

考虑电气损耗的柔性负载振动及PMSM转矩脉动综合抑制方法，所述控制方法为：

首先基于PMSM最小损耗数学模型推导出最小损耗条件下的定子电流约束条件：

然后将PMSM在电流矢量定向下的动态数学模型与永磁同步电机的振动模型相结合，建立了考虑电机电气损耗的永磁同步电机驱动永磁同步电机的整体数学模型：