海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将滑膜观测器、参考模型归一化法与模糊控制器结合在一起进行电机控制。本发明采用EOUC方法对海浪发电系统进行控制，采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将模滑观测器与参考模型归一化法结合在一起，可以准确、有效的海浪发电系统提供准确可靠的电机动子位置和速度信息，此控制算法明显减轻了损耗，提高了效率，同时采取无位置传感器技术，进一步提高了系统的鲁棒性，节约了成本。
【专利说明】海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将滑膜观测器、参考模型归一化法与模糊控制器结合在一起进行电机控制。
【背景技术】
[0002]传统能源日趋枯竭、环境污染问题恶化，新能源开发迫在眉睫。随着低功耗无线传感器的发展，利用环境清洁可再生能源如太阳能、风能以及波浪能发电制作成微电源为传感器节点提供电能，日益受到各界广泛关注。相比风能与太阳能技术，波浪能发电技术要落后十几年。但是波浪能具有其独特的优势，波能能量密度高，是风能的4?30倍；相比太阳能，波浪能不受天气影响。波浪能发电电源是利用波浪发电制作成的电源，为海洋传感节点供电具有诸多优点。
[0003]目前，在各种结构的海浪发电系统中，采用永磁同步发电机(PMSG)的方案及其效率较高，具有无需励磁电路等优点，有着重要的地位，PMSG由于这些优点而得到了更多的应用。采用PMSG的海浪发电系统，需要通过全功率电力电子变换器，将发电机输出的变压变频的交流电变换为一定电压的直流电，再逆变成恒频恒压的交流电，满足并网或者离网用户的要求。目前，通过改变励磁电流达到效率优化目的的方法主要有三种:基于损耗模型控制、在线搜索控制以及混合搜索控制。基于损耗模型控制需要精确的模型和参数，虽然搜索控制不需要精确的损耗模型和参数，但系统会产生振荡现象而不稳定，这些方法的损耗模型未包括机械损耗且是针对电动机提出的。对于永磁同步发电机而言控制目标不再是速度和转矩而是发电的效率和质量，发电机的速度由原动机调节器控制。在发电机输出功率不变的条件下通过改变速度有可能使系统效率进一步提升。基于损耗模型的效率优化控制应用于永磁同步发电机中，但没有通过改变速度提高系统效率，且仍未考虑机械损耗而这些控制方式中，又需实时要得到PMSG的动子位置角，
[0004]一般情况下，PMSG采用机械式位置传感器来检测动子位置，如光电编码器和旋转变压器。然而，机械式传感器的存在带来了很多弊端:1)电机与控制器之间的连接元件增多，坑干扰能力变差，降低了系统可靠性；2)加大了电机空间尺寸和体积，减少了功率密度，增加了系统的硬件成本和维护成本；3)在高温与强腐蚀环境中，将使传感器性能变差、甚至失效，导致电机驱动系统无法正常工作。以上几点都是造成海浪发电系统不稳定工作的主要原因。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，采用EOUC方法对海浪发电系统进行控制，采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将模滑观测器与参考模型归一化法结合在一起，可以准确、有效的海浪发电系统提供准确可靠的电机动子位置和速度信息，此控制算法明显减轻了损耗，提高了效率，同时采取无位置传感器技术，进一步提高了系统的鲁棒性，节约了成本。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将滑膜观测器、参考模型归一化法与模糊控制器结合在一起进行电机控制，具体包括以下步骤:
[0008](I)采用最优化功率因数复合控制(EOUC)系统，根据不同速度对系统功率因数的影响，得出功率因数最大速度表达式，同时结合功率因数最大d轴电流控制，进行功率因数最大的d轴电流和速度联合控制，具体为:电流内环采用感应电动势补偿和前段分离的控制算法，电压外环的输出为q轴电流参考恒定值，动态调节q轴电流以保证直流母线电压与q轴电流参考恒定值一致；同时为了使海浪发电系统处于最大功率因数值，不停的调节和更新原动机的速度，通过计算得到给定速度值；当海浪发电系统处于快速运行状态时，令
d轴电流采用给定值? =0?以保证整个系统的动态性能；当海浪发电系统处于低速运行状态
时，由于速度的变化远小于d轴电流的变化，因此d轴电流变为通过计算而得到的最优值；
[0009](2)为了使海浪发电系统的有较好的输出电流波形，单纯的SVPWM异步调制模式很难满足性能的要求，因此PWM调 制方式采用切换式空间电压矢量脉宽调制:在海浪发电系统低频运行下，采用传统SVPWM调制；在在海浪发电系统高频运行条件下，采用9段式SVPWM调制；
[0010](3)基于扩展反电动势的滑膜观测器来检测海浪发电系统的动子位置，为了削弱滑膜观测器的抖振现象，采用饱和函数代替传统的开关函数z，得到等效反电动势，从而可以获得动子位置检测，采用参考模型归一化算法得到动子的估算速度；
[0011](4)为了消弱参考模型归一化法中参考模型的抖振现象，采用模糊控制器对估算速度和给定速度进行模糊化处理，将跟踪误差ε和误差变化率CU作为模糊控制器的输入，最终函数e作为模糊控制器的输出，e、cU和e都进行归一化处理，确定输出变量的语言值。
[0012]有益效果:本发明提供的海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，具有如下特点:1、克服了机械式传感器带来的弊端，节约了硬件成本和维修成体，同时提高了的抗干扰性和鲁棒性；2、无需其他的额外硬件，且无需额外复杂的控制算法，成本较低，非常适合于工业应用中；3、使用的复合控制算法，在轻载时显著减小了损耗，损耗与输出功率近似恒值，在全负载范围内效率都保持一个较高的值，且系统的动态性能也到了适当的提升；4、采用改进的SVPWM控制方法，使得海浪发电系统在高频和低频下有效的解决了谐波含量大的问题，使得输出的电流滤除谐波，提高了电能输出的质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为PMSG交直轴等效电路，其中I (a)为交轴等效电路、I (b)为直轴等效电路；
[0014]图2为空间电压矢量图；
[0015]图3为9段式空间电压矢量位置图；[0016]图4为带有滑模观测器的扩展反电动势检测法原理图；
[0017]图5为归一化算法的转速估计器框图；
[0018]图6为最优化功率因数复合控制。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020]海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将滑膜观测器、参考模型归一化法与模糊控制器结合在一起进行电机控制，具体包括以下步骤:
[0021](I)采用最优化功率因数复合控制(EOUC)系统，根据不同速度对系统功率因数的影响，得出功率因 数最大速度表达式，同时结合功率因数最大d轴电流控制，进行功率因数最大的d轴电流和速度联合控制，具体为:电流内环采用感应电动势补偿和前段分离的控制算法，电压外环的输出为q轴电流参考恒定值，动态调节q轴电流以保证直流母线电压与q轴电流参考恒定值一致；同时为了使海浪发电系统处于最大功率因数值，不停的调节和更新原动机的速度，通过计算得到给定速度值；当海浪发电系统处于快速运行状态时，令d
轴电流采用给定值以保证整个系统的动态性能；当海浪发电系统处于低速运行状态
时，由于速度的变化远小于d轴电流的变化，因此d轴电流变为通过计算而得到的最优值；
[0022](2)为了使海浪发电系统的有较好的输出电流波形，单纯的SVPWM异步调制模式很难满足性能的要求，因此PWM调制方式采用切换式空间电压矢量脉宽调制:在海浪发电系统低频运行下，采用传统SVPWM调制；在在海浪发电系统高频运行条件下，采用9段式SVPWM调制；
[0023](3)基于扩展反电动势的滑膜观测器来检测海浪发电系统的动子位置，为了削弱滑膜观测器的抖振现象，采用饱和函数代替传统的开关函数z，得到等效反电动势，从而可以获得动子位置检测，采用参考模型归一化算法得到动子的估算速度；
[0024](4)为了消弱参考模型归一化法中参考模型的抖振现象，采用模糊控制器对估算速度和给定速度进行模糊化处理，将跟踪误差ε和误差变化率CU作为模糊控制器的输入，最终函数e作为模糊控制器的输出，e、cU和e都进行归一化处理，确定输出变量的语言值。
[0025]下面就本发明的实现过程、原理加以分析说明。
[0026]在PMSG惯例下建立永磁同步发电机交直轴等效电路如图1所示，由图1可得PMSG的交直轴电压动态方程式为:
d d
~=nWf 一 WrLJwj — Lmq TJinl - Lqiil —RJq
[0027]dtdt(I)
cl(I
lf,i = wAlLl — Lm,1-JtKui — A-JtiJ ~RJ,I
[0028]式中，uq, Ud分别表不定子电压交直轴分量；Vf表不永磁磁链；:[,，id分别表不定子电流交直轴分量；iwq，iwd分别表示有功电流交直轴分量为定子漏感；Lmq，Lmd分别为交直轴电枢反应电感；Lq，Ld分别为交直轴同步电感为电角速度；wf为永磁磁链；RS为包括功率开关损耗再定的定子绕组电阻。
[0029]稳态时，式⑴中电流有如下关系:
【权利要求】
1.海浪发电系统的微网构建最优化功率因数复合控制方法，其特征在于:采取最优化功率因数复合控制技术的d轴电流和速度复合控制技术，同时为了满足系统中所需要的动子位置信息，将滑膜观测器、参考模型归一化法与模糊控制器结合在一起进行电机控制，具体包括以下步骤: (1)采用最优化功率因数复合控制系统，根据不同速度对系统功率因数的影响，得出功率因数最大速度表达式，同时结合功率因数最大d轴电流控制，进行功率因数最大的d轴电流和速度联合控制，具体为:电流内环采用感应电动势补偿和前段分离的控制算法，电压外环的输出为q轴电流参考恒定值，动态调节q轴电流以保证直流母线电压与q轴电流参考恒定值一致；同时为了使海浪发电系统处于最大功率因数值，不停的调节和更新原动机的速度，通过计算得到给定速度值；当海浪发电系统处于快速运行状态时，令d轴电流采用给定值ζ=0?以保证整个系统的动态性能；当海浪发电系统处于低速运行状态时，由于速度的变化远小于d轴电流的变化，因此d轴电流变为通过计算而得到的最优值； (2)PWM调制方式 采用切换式空间电压矢量脉宽调制:在海浪发电系统低频运行下，采用传统SVPWM调制；在在海浪发电系统高频运行条件下，采用9段式SVPWM调制； (3)基于扩展反电动势的滑膜观测器来检测海浪发电系统的动子位置，为了削弱滑膜观测器的抖振现象，采用饱和函数代替传统的开关函数z，得到等效反电动势，从而可以获得动子位置检测，采用参考模型归一化算法得到动子的估算速度； (4)为了消弱参考模型归一化法中参考模型的抖振现象，采用模糊控制器对估算速度和给定速度进行模糊化处理，将跟踪误差ε和误差变化率CU作为模糊控制器的输入，最终函数e作为模糊控制器的输出，ε、(1ε和e都进行归一化处理，确定输出变量的语言值。
【文档编号】H02P21/13GK103986381SQ201410232515
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】余海涛, 孟高军, 胡敏强, 黄磊 申请人:东南大学