[发明专利]优化动态性能的电励磁双凸极电机失磁容错发电控制方法

说明书

本申请公开了一种优化动态性能的电励磁双凸极电机失磁容错发电控制方法，涉及电励磁双凸极电机领域，该方法在失磁容错发电运行过程中，由电压环PI调节器输出电流调节量作为误差调节，同时设计前馈控制输出前馈电流，从而可以在负载发生突变时快速计算出参考电流，结合由转子电角度确定的相角可以得到三相电流给定值，通过对三相电流给定值和三相电流实际值的比较信号进行滞环输出PWM信号驱动可以保证输出电压稳定。该控制方法可以提高失磁发电时系统动态性能，并降低铜损。解决了负载侧较大的电容容量会导致反馈控制过程中电容充放电时间更长，使得发电时动态运行效果较差的问题。

技术领域

本申请涉及电励磁双凸极电机领域，尤其是一种优化动态性能的电励磁双凸极电机失磁容错发电控制方法。

背景技术

电励磁双凸极电机(DSEM)是在开关磁阻电机的基础上发展起来的一种新型无刷直流电机。它的定子上有电枢绕组和励磁绕组、转子无绕组，其结构简单可靠、控制灵活。它与开关磁阻电机的主要区别在于定子嵌入了励磁绕组。由于励磁磁场的存在，电励磁双凸极电机只需要外部连接到一个不控整流桥上发电，因此它具有良好的容错能力，适用于恶劣的工作条件。同时，当负载或速度发生变化时，可以通过调节励磁电流来保持输出电压恒定，并且控制非常灵活。在航空风力发电等领域有着广阔的应用前景。

但是励磁绕组的老化、发热、侵蚀等将影响系统的安全运行；同时励磁侧电源也会因为过电流、反向电压脉冲等原因而发生故障，严重时导致系统失磁。当电励磁双凸极电机失去励磁时采用原有的控制策略将无法进一步电动与发电，因此针对电励磁双凸极电机失磁故障的容错控制策略有非常重要的价值。

目前针对电励磁双凸极电机失磁故障的容错控制策略研究较少且主要集中在失磁容错发电研究这一领域，主要包括如下几种容错控制策略，且各有优缺点：(1)史立伟等公开的“电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，授权日：2017年5月17日，授权号：CN104579067B)将三相四桥臂变换器运用于三相电励磁双凸极电机上实现失磁容错发电功能，所提方法铜耗较大，且运行过程中动态性能较差。(2)周兴伟等公开的“一种四相电励磁双凸极电机失磁故障容错发电方法”(中国，授权日日：2019年6月4日，授权号：CN107147339A)实现了四相电励磁双凸极电机失磁容错发电控制，所提方法铜耗较大，且运行过程中动态性能较差。(3)温腾翔等公开的“电励磁双凸极电机励磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，公开日：2018年6月5日，授权号：CN108123646A)采用桥式变换器进行失磁容错发电研究，简化了变换器结构，但所提方法铜耗较大，且运行过程中动态性能较差。(4)赵峰等公开的“电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，公开日：2019年9月17日，授权号：CN110247597A)采用半桥进行控制，同样存在发电功率低、铜耗较大、动态性能差等问题。

通过以上介绍可以看出，现有的各种失磁容错控制策略往往存在如下问题：DSEG正常励磁时任一时刻两相绕组同时续流发电，因此输出电压波动较小；而DSEG失磁后发电相在发电时需要输出功率给负载，同时也要为下一个励磁相提供励磁电流，从而输出电压具有更大的电压波动。因此传统的DSEG失磁容错发电时往往需要增加电容的容量来降低电压波动，而较大的电容容量会导致反馈控制过程中电容充放电时间更长，使得发电时动态运行效果较差。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种优化动态性能的电励磁双凸极电机失磁容错发电控制方法，本申请的技术方案如下：

一种优化动态性能的电励磁双凸极电机失磁容错发电控制方法，负载、稳压电容和桥式变换器并联，电励磁双凸极电机的三相绕组采用星型连接且三相绕组的出线端分别连接在桥式变换器上，励磁侧电源U_f通过励磁变换器连接电励磁双凸极电机的励磁绕组；

该电励磁双凸极电机失磁容错发电控制方法包括：

获取稳压电容两端的电机电压实际值U_o以及流过负载的负载电流实际值i_o；