[发明专利]一种波浪发电机的直接推力容错控制方法

说明书

本发明公开了一种波浪发电机的直接推力容错控制方法，包括以下步骤：(1)用于直驱式波浪发电的永磁直线发电机正常运行时，机侧整流电路采用零d轴电流控制策略，通过控制q轴电流，控制发电机电磁推力，并进而控制发电机输出功率。(2)单相开路故障时，五相永磁直线发电机采用直接推力容错控制方法，将剩余非故障相电流变换到αβ和x坐标系中，得到i_α、i_β及i_xx。通过基于电流模型的磁链观测器，估算出αβ坐标系中的虚拟定子磁链；再推算出电机推力，电机推力误差经PI控制器得到推力增量角。再通过电压矢量预测器，经过载波脉宽调制技术，确保电机开路故障后拥有与正常运行时相同的稳态性能。

技术领域

本发明涉及一种波浪发电机的直接推力容错控制方法,属于电力系统电机控制领域。

背景技术

波浪能是一种丰富、清洁的海洋可再生能源，具有预测性强、短期变化小的优点。近年来，它引起了国内外学者的广泛关注。中国海岸线长达18000多公里，岛屿海岸线长达14000多公里。据估计，我国海浪能年发电量约为1.3×107kW。在早期的波浪能转换系统中，一般采用旋转电机发电。但旋转电机发电效率低、结构复杂、维护困难。直驱式波浪发电系统(Direct-drive wave energy conversion，DDWEC)采用永磁直线电机(PermanentMagnet Linear Generator，PMLG)发电，直接将波浪能转化为电能，具有效率高、结构简单、维护方便等特点。它被认为是目前最可行的波浪能转换方法，具有广阔的发展前景。近年来，直驱式波浪发电系统越来越受到世界各国科学家和学者的关注。

永磁直线电机广泛应用于直驱式波浪发电系统中。传统的旋转电机的电机转子在一个方向上以稳定的速度和频率旋转，而PMLG的动子则在波浪驱动下在竖直方向振动，电机的转速和频率不断变化，直驱式波浪发电系统的瞬时输出功率波动很大。直驱式波浪发电系统位于海平面以下，维护不方便，因此有必要研究提高直驱式波浪发电系统可靠性的方法。

在波浪发电场合，即使电机发生故障，电机必须仍然能够高性能持续运行，因此在波浪发电中发电机的容错能力直接决定了波浪发电系统的可靠性。在所有电机故障类型中，开路故障最为典型。如果在电机发生开路故障时，不及时加入合适的容错控制算法，会极大地降低电机运行性能，甚至造成电机不可恢复的损坏。

矢量控制策略具有优良的稳态和动态性能，其与容错控制策略相结合，有效地改进了电机故障状态下的性能。与矢量控制相比，直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)具有较低的参数敏感度、较好的转矩动态性能等优点，因此基于DTC的容错控制研究得到了广泛关注。

发明内容

对于用于波浪发电的五相永磁直线发电机，本发明提供一种波浪发电机的直接推力容错控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种波浪发电机的直接推力容错控制方法，所述波浪发电机为用于直驱式波浪发电的五相永磁直线发电机。

该控制方法包括如下步骤：

(1)正常运行时，机侧整流电路采用零d轴电流控制策略，通过控制q轴电流，控制发电机电磁推力，并进而控制发电机输出功率；

(2)单相开路故障时，五相永磁直线发电机采用直接推力容错控制方法，确保电机开路故障后拥有与正常运行时相同的稳态性能，具体为：

(2.1)通过降阶正交变换矩阵将非故障相电流变换到αβ和x坐标系中，得到定子电流在αβ坐标系中的分量i_α、i_β及定子电流在x坐标系中的电流i_xx，其中，a＝0.4π；