一种无刷双馈独立发电系统转速及电机参数并行辨识方法

本发明属于发电机控制，更具体地，涉及一种无刷双馈独立发电系统转速及电机参数并行辨识方法。

背景技术：

1、无刷双馈发电机包括两套相互独立且极对数不同的定子绕组，即功率绕组和控制绕组，两套定子绕组之间通过转子实现间接耦合。在基于无刷双馈感应发电机的独立直流系统中，功率绕组和控制绕组分别通过二极管整流器和功率转换器与直流母线连接。通过控制控制绕组电流可以实现功率绕组的电压和频率调节，进而可以保持直流母线电压恒定。随着全球能源日益紧缺，无刷双馈直流发电系统在直流组网船舶电力领域和风力发电直流电力传输领域有着良好的发展前景。

2、然而，无刷双馈直流发电系统的功率绕组频率不必保持在工频，可以根据需要在较大范围内自由调节，这使得现有的无刷双馈电机转速估计方法存在以下问题：(1)转速估计系统的动态响应变慢，系统可靠性变差。(2)基于模型的转速估计方法严重依赖电机参数，当电机中控制绕组电阻参数和控制绕组自感参数失配时，会影响转速估计性能，进而影响系统的控制性能。因此，有必要对控制绕组电阻、控制绕组自感和电机转速进行并行辨识。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无刷双馈独立发电系统转速及电机参数并行辨识方法，其目的在于提高转速观测精度和系统可靠性。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种无刷双馈独立发电系统转速及电机参数并行辨识方法，所述方法包括以下步骤：

3、所述方法包括以下步骤：

4、(1)将三相坐标系下的控制绕组电压和电流转换为两相静止坐标系下的控制绕组电压和电流；

5、(2)将两相静止坐标系下的控制绕组电压和电流带入全阶观测器模型中更新两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值和控制绕组磁链观测值；

6、(3)由控制绕组电流和控制绕组电流观测值的差值得到控制绕组电流误差值；

7、(4)将控制绕组电流观测值、控制绕组磁链观测值和控制绕组电流误差值带入转速自适应调节机构更新转速的辨识值；

8、(5)将控制绕组电流观测值和控制绕组电流误差值带入控制绕组电阻自适应调节机构更新控制绕组电阻的辨识值；

9、(6)将控制绕组电流观测值、控制绕组磁链观测值和控制绕组电流误差值带入控制绕组自感自适应调节机构更新控制绕组自感的辨识值；

10、(7)重复步骤(1)～(6)，直至转速的辨识值、控制绕组电阻的辨识值和控制绕组自感的辨识值收敛。

11、优选的，所述步骤(2)中全阶观测器模型为：

12、

13、其中，s为微分算子；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组磁链观测值的α轴分量和β轴分量；p2为控制绕组极对数；r2、rr、l2、lr和l2r分别为控制绕组相电阻、转子绕组相电阻、控制绕组自感、转子绕组自感和控制绕组转子绕组之间的互感；g＝[g1,g2；g3,g4]为反馈增益矩阵；i2α、i2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流的α轴分量和β轴分量；u2α、u2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电压的α轴分量和β轴分量；是控制绕组电阻的辨识值；是控制绕组自感的辨识值；是转速的辨识值。

14、优选的，所述步骤(3)中控制绕组电流误差值为：

15、

16、其中，e2α、e2β分别为控制绕组电流误差值α轴分量和β轴分量；i2α、i2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流的α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量。

17、优选的，所述步骤(4)中转速自适应调节机构具体为：

18、

19、其中，为转速的辨识值；l2、lr和l2r分别为控制绕组自感、转子绕组自感和控制绕组转子绕组之间的互感；为转速自适应率；p2为控制绕组极对数；i2α、i2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流的α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量；e2α、e2β分别为控制绕组电流误差值α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组磁链观测值的α轴分量和β轴分量，为控制绕组自感的辨识值。

20、优选的，所述步骤(5)中控制绕组电阻自适应调节机构具体为：

21、

22、其中，为控制绕组电阻的辨识值；lr和l2r分别为转子绕组自感和控制绕组转子绕组之间的互感；为控制绕组电阻自适应率；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量；e2α、e2β分别为控制绕组电流误差值α轴分量和β轴分量，为控制绕组自感的辨识值。

23、优选的，所述步骤(6)中控制绕组自感自适应调节机构具体为：

24、

25、其中，为控制绕组自感的辨识值；为控制绕组自感自适应率；rr和lr分别为转子绕组相电阻和转子绕组自感；p2为控制绕组极对数；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量；e2α、e2β分别为控制绕组电流误差值α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组磁链观测值的α轴分量和β轴分量；和分别为控制绕组电阻的辨识值和转速的辨识值。

26、按照本发明的另一方面，本发明提供了一种无刷双馈独立发电系统转速及电机参数并行辨识系统，所述系统包括：

27、所述系统包括：

28、坐标转换单元，用于将三相坐标系下的控制绕组电压和电流转换为两相静止坐标系下的控制绕组电压和电流；

29、观测单元，用于将两相静止坐标系下的控制绕组电压和电流带入全阶观测器模型中更新两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值和控制绕组磁链观测值；

30、误差计算单元，用于由控制绕组电流和控制绕组电流观测值的差值得到控制绕组电流误差值；

31、转速辨识单元，用于将控制绕组电流观测值、控制绕组磁链观测值和控制绕组电流误差值带入转速自适应调节机构更新转速的辨识值；

32、控制绕组电阻辨识单元，用于将控制绕组电流观测值和控制绕组电流误差值带入控制绕组电阻自适应调节机构更新控制绕组电阻的辨识值；

33、控制绕组自感辨识单元，用于将控制绕组电流观测值、控制绕组磁链观测值和控制绕组电流误差值带入控制绕组自感自适应调节机构更新控制绕组自感的辨识值；

34、收敛判断单元，用于依次重复执行坐标转换单元、观测单元、误差计算单元、转速辨识单元、电阻辨识单元和自感辨识单元，直至转速的辨识值、控制绕组电阻的辨识值和控制绕组自感的辨识值收敛并输出。

35、优选的，所述观测单元中全阶观测器模型为：

36、

37、其中，s为微分算子；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组磁链观测值的α轴分量和β轴分量；p2为控制绕组极对数；r2、rr、l2、lr和l2r分别为控制绕组相电阻、转子绕组相电阻、控制绕组自感、转子绕组自感和控制绕组转子绕组之间的互感；g＝[g1,g2；g3,g4]为反馈增益矩阵；i2α、i2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流的α轴分量和β轴分量；u2α、u2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电压的α轴分量和β轴分量；是控制绕组电阻的辨识值；是控制绕组自感的辨识值；是转速的辨识值。

38、优选的，所述误差计算单元中控制绕组电流误差值为：

39、

40、其中，e2α、e2β分别为控制绕组电流误差值α轴分量和β轴分量；i2α、i2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流的α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量。

41、优选的，所述转速自适应调节机构具体为：

42、

43、其中，为转速的辨识值；lr和l2r分别为转子绕组自感和控制绕组转子绕组之间的互感；为转速自适应率；p2为控制绕组极对数；i2α、i2β分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流的α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组电流观测值的α轴分量和β轴分量；e2α、e2β分别为控制绕组电流误差值α轴分量和β轴分量；分别为两相静止坐标系下的控制绕组磁链观测值的α轴分量和β轴分量，是控制绕组自感的辨识值；

44、控制绕组电阻自适应调节机构具体为：

45、

46、其中，为控制绕组电阻的辨识值；为控制绕组电阻自适应率；

47、控制绕组自感自适应调节机构具体为：

48、

49、其中，为控制绕组自感的辨识值；为控制绕组自感自适应率；rr和lr分别为转子绕组相电阻和转子绕组自感；为控制绕组电阻的辨识值；为转速的辨识值。

50、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

51、本发明提供的无刷双馈直流发电系统的转速估计方法，采用控制绕组电阻和控制绕组自感的并行辨识方法，解决了电机在控制绕组电阻参数和控制绕组自感参数摄动时的转速观测精度问题，提高了系统在变速变载工况下的性能，提升了系统的可靠性；同时可以省去无刷双馈直流发电控制系统中的转速传感器和转子位置传感器，提高无刷双馈直流发电系统的鲁棒性，降低系统的硬件成本和维护成本。