[发明专利]一种用于飞轮储能系统的自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种用于飞轮储能系统的自抗扰控制方法，为解决用于飞轮储能的磁通切换电机控制系统转矩波动较大的问题，在基于电流谐波注入法抑制电机定位力矩的基础上，为解决参数摄动引起的电机模型误差所带来的内部扰动，采用扰动观测器对扰动量进行观测的同时，采自基于学习迭代链算法的补偿器对扰动量进行补偿处理，随后，将补偿后的扰动量带入滑模观测器以实现对扰动量的估算，并将估算结果作为输入反馈给电流环，以抵消扰动对系统的影响。本发明将扰动观测器、滑模观测器、以及矢量控制结合在一起，有效抑制因电流谐波注入引起的磁通切换电机控制系统扰动的现象，同时在保证对系统扰动有较强鲁棒性的同时，提高系统的动态性能。

技术领域

本发明涉及飞轮储能系统技术领域，具体涉及一种用于飞轮储能系统的自抗扰控制方法。

背景技术

能源是社会进步和生产力发展的重要动力，随着全球经济的高速发展，能源需求快速增长，传统的化石能源消耗巨大，正在走向枯竭，人类面临着源危机的严峻考验。近些年，风能、太阳能发电等可再生能源技术发展迅速，可再生能源在未来电力系统的能源结构中将占有极其重要的位置。但是可再生能源本身具有间歇性和随机性，如果直接接入电力系统中，会严重影响电力系统的电能质量。储能技术是解决这一问题，高效利用可再生能源的重要途径之一，是未来智能电网发展中不可或缺的一部分。

目前常见的储能方式有：蓄电池储能、超级电容储能、飞轮储能、超导储能等。其中飞轮储能具有效率高、寿命长、无污染、充放电迅速等优点，被认为是近期最有希望和最有竞争力的储能技术，有着非常广阔的应用前景。

飞轮储能是将能量以机械能的形式储存在高速旋转的飞轮转子中，系统通常由飞轮转子、支撑轴承、电机、电力电子变换电路等组成。电机采用磁通切换永磁(FSPM)电机，FSPM电机继承了开关磁阻电机转子结构简单坚固和永磁同步电机(转子永磁式电机)转矩密度高、效率高的优，永磁体放置在定子上，不受离心力，散热条件良好，而转子上既无绕组又无永磁体，结构简单、适合高速运行，非常适用于飞轮储能系统中。

但在工作过程中，FSPM电机具有双凸极的结构本质使其具有定位力矩较高的缺点，定位力矩会引起转矩波动的问题，从而造成系统不稳定、控制精度差和动态响应。关于削弱与补偿永磁电机定位力矩的方法，一类是从电机本体设计出发，如斜槽、齿形修正等，但此类方法会对电机的功率输出能力、空载电势产生影响，并且增加制造成本，在实际产业化工程中有一定的局限性；另一类则通过控制策略来抑制电机定位力，如现有文献《基于电流谐波注入的磁通切换永磁电机定位力矩补偿方法》，通过注入相应的谐波电流从而产生附加转矩力量，使其与定位力中的基波与高次谐波分量幅值相等，相位相反，可互相抵消，从而达到补偿定位力的目的。但此种方法会因为谐波电流的注入而产生额外的定位力，且谐波电流注入过程较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种用于飞轮储能系统的自抗扰控制方法，在基于电流谐波注入法抑制电机定位力矩的基础上，采用扰动观测器对参数摄动引起的扰动量进行观测的同时，采自基于学习迭代链算法的补偿器对扰动量进行补偿处理，随后，将补偿后的扰动量带入滑模观测器以实现对扰动量的估算，并将估算结果作为输入反馈给电流环，以抵消扰动对系统的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于飞轮储能系统的自抗扰控制方法，此飞轮储能系统采用FSPM电机，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，对FSPM电机采用现有i_d＝0的矢量控制方式，外环为速度环，内环为电流环，在此基础上，加入谐波电流抑制环，即根据电机定位力矩的谐波分量，在电磁转矩的q轴电流附加一个补偿电流i_qc，此补偿电流产生附加的定位力矩与定位力矩中谐波分量幅值相等、相位相反，可以相互抵消。