[发明专利]一种用于飞轮储能系统的转子位置鲁棒观测方法

说明书

本发明公开了一种用于飞轮储能系统的转子位置鲁棒观测方法，首先建立复合反电动势模型滑模观测器，然后将两相静止坐标下电流状态方程的复合反电动势估算值反馈作为系统扰动，使用基于虚拟参数辨识法的多模扰动观测器对转子位置信息进行准确估计；同时，采用基于虚拟参数辨识法的多模扰动观测器对FSPM电机的定位力矩进行模糊预测，并通过误差在线训练补偿器进一步提高FSPM电机的定位力矩预测精度；同时，将定位力矩视为一个已知扰动进行控制。本发明能够使得FSPM电机定位力矩的预测值能够快速准确的跟随真实值，实现飞轮储能系统用FSPM电机在不同工况运行条件下的宽速度范围无位置准确跟踪。

技术领域

本发明涉及一种用于飞轮储能系统的转子位置鲁棒观测方法，属于飞轮储能系统用FSPM电机控制技术。

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。磁通切换电机(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、效率高的优点，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。

发明内容

发明目的：为了提高飞轮储能系统的FSPM电机无位置传感器控制性能，针对FSPM电机双凸极结构引起的定位力矩较大的缺陷，本发明提供一种基于多模扰动观测器的转子位置鲁棒观测方法，将转子位置鲁棒观测器、多模扰动观测器、以及误差在线训练补偿器结合在一起，使得FSPM电机定位力矩的预测值能够快速准确的跟随真实值，实现飞轮储能系统用FSPM电机在不同工况运行条件下的宽速度范围无位置准确跟踪。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于飞轮储能系统的转子位置鲁棒观测方法，将复合反电动势估算值反馈引入到定子电流观测中以估算转子位置信息，是一种基于多模扰动观测器的转子位置鲁棒观测方法；该方法首先建立复合反电动势模型滑模观测器，然后将两相静止坐标下电流状态方程的复合反电动势估算值反馈作为系统扰动，使用基于虚拟参数辨识法的多模扰动观测器对转子位置信息进行准确估计；同时，为了提高系统的控制精度，采用基于虚拟参数辨识法的多模扰动观测器对FSPM电机的定位力矩进行模糊预测，并通过误差在线训练补偿器进一步提高FSPM电机的定位力矩预测精度；同时，将定位力矩视为一个已知扰动进行控制，以消除FSPM电机机械模型误差引起的转子速度和位置估算误差。

具体的，为实现多模扰动观测器对FSPM电机参数的辨识，根据虚拟参数计算原理辨识电感和转动惯量参数，同时根据递推算法利用新引入的观测数据对前次估计的结果进行修正，并引入遗忘虚拟因子，使旧数据的作用得以不断衰减，防止数据递推饱和，随后利用复合反电动势一体化识别环，得到转子速度和位置信息。

具体的，上述方法包括如下步骤：

(1)在α-β旋转坐标系中FSPM电机的电流状态方程为：