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Mees機(jī)組儲(chǔ)能過程混沌控制及其諧波振蕩消除方法

文檔序號(hào):7293258閱讀:437來源:國知局
專利名稱:Mees機(jī)組儲(chǔ)能過程混沌控制及其諧波振蕩消除方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及MEES機(jī)組儲(chǔ)能過程混沌控制及諧波振蕩消除方法,屬于電氣工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)
當(dāng)前,我國最高用電負(fù)荷持續(xù)增加,“間歇性”電源接入占比不斷擴(kuò)大,設(shè)計(jì)一種大容量電能儲(chǔ)存裝置,對于保證電能的供需平衡,解決智能電網(wǎng)和規(guī)?;伴g歇性”電源入網(wǎng)問題具有十分重要的意義。在深入研究渦簧彈性儲(chǔ)能原理的基礎(chǔ)上,本發(fā)明提出了一種機(jī)械彈性儲(chǔ)能(mechanical elastic energy storage, MEES)機(jī)組建立其非線性動(dòng)力學(xué)模型,揭示了永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能機(jī)組混沌產(chǎn)生機(jī)理,并其對其進(jìn)行控制及抑制。人們對于機(jī)械彈性儲(chǔ)能從不同的角度提出了很多消除諧振的措施,,取得了很多研究成果。提出了不同的消除諧振的措施。而對混沌產(chǎn)生機(jī)理,并其對其進(jìn)行控制及抑制方法卻鮮有報(bào)道。本發(fā)明采用一個(gè)最簡易控制器,可以實(shí)現(xiàn)MEES機(jī)組儲(chǔ)能過程混沌諧振的快速控制及消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種MEES機(jī)組儲(chǔ)能過程混沌控制及諧波振蕩消除方法,該方法首先根據(jù)MEES機(jī)組儲(chǔ)能過程模型如

圖1所示,該方法首先提出了一種新的基于機(jī)械彈性的儲(chǔ)能方法,推導(dǎo)了永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能(MEES)機(jī)組的非線性動(dòng)力學(xué)模型,機(jī)組在儲(chǔ)能過程中某些參數(shù)及運(yùn)行條件下會(huì)出現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng),然后系統(tǒng)變量進(jìn)行控制,利用一個(gè)最簡單的控制器可以消除變永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能的混沌現(xiàn)象。本發(fā)明提出的技術(shù)方案具體步驟包括:永磁電機(jī)式MEES機(jī)組由儲(chǔ)能箱、齒輪變速箱、永磁同步電機(jī)、雙向變流器、斷路器和機(jī)組控制器等組成,幾十個(gè)甚至更多個(gè)這樣的機(jī)組組合在一起,可建成機(jī)械彈性儲(chǔ)能電站.機(jī)械彈性儲(chǔ)能電站通過一個(gè)集中的中央控制器實(shí)現(xiàn)對多個(gè)機(jī)組的順序儲(chǔ)能、發(fā)電控制,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能存儲(chǔ)與發(fā)電之目的。永磁電機(jī)式MEES機(jī)組以儲(chǔ)能箱儲(chǔ)能渦簧的彈性變形能作為動(dòng)力源或負(fù)載,其運(yùn)行原理分為儲(chǔ)能與發(fā)電兩個(gè)過程:儲(chǔ)能時(shí),電能驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)運(yùn)行,電機(jī)再通過齒輪變速箱使儲(chǔ)能箱中的渦簧擰緊,渦簧就以彈性勢能的形式將能量儲(chǔ)存起來,完成電能到彈性勢能的轉(zhuǎn)換;之后,渦簧維持鎖緊狀態(tài),直到接收到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào);當(dāng)釋能時(shí),儲(chǔ)能箱中鎖緊的渦簧開始釋放,通過齒輪變速箱帶動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)發(fā)電(或并網(wǎng)),實(shí)現(xiàn)彈性勢能到電能轉(zhuǎn)換的能量釋放過程。采用永磁電機(jī)和全功率雙向變流器的MEES機(jī)組模型,機(jī)械彈性儲(chǔ)能箱是MEES機(jī)組的儲(chǔ)能元件,儲(chǔ)能時(shí),儲(chǔ)能箱相當(dāng)于永磁電機(jī)的輸出負(fù)載,若要求儲(chǔ)能箱以恒定角速度儲(chǔ)存能量,其扭矩公式可寫為
權(quán)利要求
1.一種MEES機(jī)組儲(chǔ)能過程混沌控制及諧波振蕩消除方法,其特征在于:該方法首先提出了一種新的基于機(jī)械彈性的儲(chǔ)能方法,推導(dǎo)了永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能(MEES)機(jī)組的非線性動(dòng)力學(xué)模型,機(jī)組在儲(chǔ)能過程中某些參數(shù)及運(yùn)行條件下會(huì)出現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng),然后系統(tǒng)變量進(jìn)行控制,利用一個(gè)最簡單的控制器可以消除變永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能的混沌現(xiàn)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:永磁電機(jī)式MEES機(jī)組由儲(chǔ)能箱、齒輪變速箱、永磁同步電機(jī)、雙向變流器、斷路器和機(jī)組控制器等組成,幾十個(gè)甚至更多個(gè)這樣的機(jī)組組合在一起,可建成機(jī)械彈性儲(chǔ)能電站;機(jī)械彈性儲(chǔ)能電站通過一個(gè)集中的中央控制器實(shí)現(xiàn)對多個(gè)機(jī)組的順序儲(chǔ)能、發(fā)電控制,可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電能存儲(chǔ)與發(fā)電之目的;永磁電機(jī)式MEES機(jī)組以儲(chǔ)能箱儲(chǔ)能渦簧的彈性變形能作為動(dòng)力源或負(fù)載,其運(yùn)行原理分為儲(chǔ)能與發(fā)電兩個(gè)過程:儲(chǔ)能時(shí),電能驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)運(yùn)行,電機(jī)再通過齒輪變速箱使儲(chǔ)能箱中的渦簧擰緊,渦簧就以彈性勢能的形式將能量儲(chǔ)存起來,完成電能到彈性勢能的轉(zhuǎn)換;之后,渦簧維持鎖緊狀態(tài),直到接收到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào);當(dāng)釋能時(shí),儲(chǔ)能箱中鎖緊的渦簧開始釋放,通過齒輪變速箱帶動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)發(fā)電(或并網(wǎng)),實(shí)現(xiàn)彈性勢能到電能轉(zhuǎn)換的能量釋放過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:采用永磁電機(jī)和全功率雙向變流器的MEES機(jī)組模型,機(jī)械彈性儲(chǔ)能箱是MEES機(jī)組的儲(chǔ)能元件,儲(chǔ)能時(shí),儲(chǔ)能箱相當(dāng)于永磁電機(jī)的輸出負(fù)載,若要求儲(chǔ)能箱以恒定角速度儲(chǔ)存能量,其扭矩公式可寫為 其中,T為儲(chǔ)能箱扭矩,Ttl為初始扭矩,ω為儲(chǔ)能箱儲(chǔ)能角速度,E為渦簧材料彈性模量,B為材料寬度,H為材料厚度,L為渦簧長度;儲(chǔ)能時(shí),永磁電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài),,其同步旋轉(zhuǎn)由軸下的數(shù)學(xué)模型為` 式中,式中分別為變換d,q軸電壓和負(fù)載扭矩,士為轉(zhuǎn)子角速度,-為轉(zhuǎn)子永久磁鏈,毛是定子電阻是極對數(shù),J是轉(zhuǎn)子慣量,b是阻尼系數(shù),£ 和&分別是直軸和交軸電感,對方程(2) f進(jìn)行仿射變換及時(shí)間尺度變換,其無量綱方程為:Xi = CfiX2 -X^-Ta 則得到其簡化動(dòng)力學(xué)方程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:永磁電機(jī)式MEES機(jī)組系統(tǒng),設(shè)IiT為期望轉(zhuǎn)速,期望d軸電流為G,則速度跟蹤誤差和d軸電流跟蹤誤差分別為 — *— }(4) β2= _IV(5) 控制參數(shù)可選取為 Urf = id......1..(6) = ( * ++2i)/c; +at(7) 其中,Utf是d軸電壓,是系統(tǒng)的其中一個(gè)輸入控制量,^是q軸期望電流;IiJfcj大于零,是控制堦益,設(shè)計(jì)控制量《%為 +OBj +( * + ι * +Jz)/σ+Q-fci—7 (8) 在(8)式的作用下,永磁同步電機(jī)可以從混沌狀態(tài)脫離出來,實(shí)現(xiàn)速度和電流的跟蹤,并保持在穩(wěn)定狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:當(dāng)永磁電機(jī)式MEES機(jī)組系統(tǒng)參數(shù)不確定時(shí),假定式系統(tǒng)(3)中的F和: 未知,其估計(jì)值分別記為尹和各,則它們的估計(jì)誤差為 Si tfWt/r\\7=7-7 =iL~£L(9) 則q軸期望電流為 Iq =(φ +1 +ij)/cr+fi>(10) 設(shè)計(jì)控制律: Iid =^k2B2(11) = ^ + 蝴 +(β*+* * +Ijya^QtlIayioiiq(12) 同時(shí)估計(jì)值:f, 可以設(shè)計(jì)為: T = -Ti2SiBl(13). —(I—Jt1/0) ](14) 在上述自適應(yīng)控制律控制下,可以使得系統(tǒng)脫離混沌態(tài),達(dá)到轉(zhuǎn)速、電流的漸近跟蹤,保證系統(tǒng)的全局一致漸近穩(wěn)定,可以使得參數(shù)估計(jì)一致收斂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:其諧波振蕩抑制控制器為U1 = O, U2 = HOx2 , u3 = 一(15) 其中,友w Λ/曰ia/義兄趼彳秦升Wj衰示為jfc^f) = (16) 式中,Zf為正常數(shù),利用上述自適應(yīng)控制器可以實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)式MEES機(jī)組系統(tǒng)諧波振蕩的快速消除。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新的基于機(jī)械彈性的儲(chǔ)能混沌現(xiàn)象控制及消除方法,推導(dǎo)了永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能(MEES)機(jī)組的非線性動(dòng)力學(xué)模型,機(jī)組在儲(chǔ)能過程中某些參數(shù)及運(yùn)行條件下會(huì)出現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng),然后系統(tǒng)已知及未知參數(shù)進(jìn)行控制,利用一個(gè)最簡單的控制器可以消除永磁電機(jī)式機(jī)械彈性儲(chǔ)能的混沌現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H02K7/18GK103166374SQ20131009098
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:王少夫
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