一种PMSWG三矢量无模型预测电流控制方法

本发明涉及永磁同步风力发电机，更具体地，涉及一种pmswg三矢量无模型预测电流控制方法。

背景技术：

1、永磁同步风力发电机(pmswg)因其功率密度高、动态性能好等优点，在风力发电领域得到了广泛应用。当前对pmswg控制性能要求越来越高，其中，使用2个有效电压矢量和1个零矢量组合的三矢量模型预测电流控制(tv-mpcc)策略，输出电压更接近理想电压矢量，电机的稳态性得到较大改善。

2、但是，也主要面临以下两个问题：一是由多个约束组成的代价函数中固定的权重因子不适应各种不同工作状态下的工况；二是数据驱动模型高度依赖于机器参数的精度，如果参数不匹配，则性能会大幅下降。在实际应用中，随着pmswg的运行工况不同，电机参数具有时变性，例如，外界温度的上升会导致电机的定子电阻和电感发生变化，稳态和动态性能会不稳定，电流会出现跟踪误差，电机运行时会增大噪声。因此鲁棒性弱是该策略面临的一个严重缺陷。

3、在cn202311484545.x永磁同步电机的三矢量无模型预测电流控制方法及系统中，其针对理想化电机建模，忽略了电机参数变化，模型严重依赖于电机参数的准确性，容易导致稳定性依赖参数的准确性，稳态性能受限的问题，其公开方法步骤包括：在第k个控制周期，采集并存储三相永磁同步电机电流、转子位置电角度和电机转速，通过clark变换和park变换得到第k个控制周期dq轴电流矢量；通过滑模观测器和改进型闭环状态观测器，确定出电机超局部模型的所有参数；通过pi转速控制器得到电流参考值；基于电机超局部模型，计算延时补偿后第k+1个控制周期预测电流以及期望强迫电流增量；根据代价函数选择出最优电压矢量和次优电压矢量；根据最优电压矢量和次优电压矢量计算最优和次优电压矢量作用时间；根据最优和次优电压矢量及作用时间，产生逆变器控制信号。该专利通过使用滑模观测器和改进型闭环状态观测器确定出电机超局部模型的所有参数，消除了模型预测控制对电机参数准确性的依赖，有效提高系统所有参数的鲁棒性，提升了电机的稳态性能。但是，该对比专利需要构造积分串联项，因此观测器方程的构造比较复杂，计算量大。

技术实现思路

1、本发明要解决的主要技术问题是针对永磁同步风力发电机三矢量模型预测电流控制策略参数鲁棒性差、计算复杂的不足，提供一种pmswg三矢量无模型预测电流控制方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，步骤包括：

4、s1.采集数据信号并进行预处理；

5、s2.构建扩张状态观测器eso对算法进行一步延时补偿，并对采样数据进行清洗，所述扩张状态观测器eso表示为：

6、

7、其中，z1＝is＝αus+f，us＝[usd,usq]t，is＝[isd,isq]t，α为输入增益系数，β1和β2是观测器的增益参数，ω为所需带宽，ts为采样周期，e为观测器误差；

8、s3.建立时间序列模型为：

9、

10、其中a和b为待定系数，n和m为模型维度，z表示z变换；

11、利用时间序列模型将m+1个采样周期的电压和n+1个采样周期的电流按顺序排列，并拟合为离散传递函数；

12、s4.估算时间序列模型的待定系数，得到：

13、

14、其中，y(k)为当前输出电压，矩阵p为协方差矩阵，l为增益向量，i为单位矩阵，as为待定系数矩阵，bs为输入输出矩阵，t为矩阵转置；

15、s5.使下一时刻的电流is(k+1)达到其参考值，更新as(k)与bs(k+1)为：

16、

17、其中，s代表d轴和q轴。

18、得到参考电压：

19、

20、s5.根据所得参考电压矢量us*所在的扇区选择第一最优电压矢量uopt1、第二个电压矢量uopt2、零矢量uopt0；

21、s6.计算电压矢量uopt1、uopt2、uopt0相应的作用时间t1＝td1、t2＝td2、t0＝td0；

22、s7.根据价值函数择优选取最小的价值函数值对应的开关状态施加于pmswg。

23、进一步地，s2中所述预处理包括采样当前电流和电压iabc(k)、uabc(k)，并经abc-dq变换得到k时刻定子dq轴电流和电压is(k)、us(k)，由转速环pi控制器输出得到q轴电流的参考值给定d轴电流参考值

24、进一步地，s2中的控制律为：

25、

26、其中，f为状态变量，kp为比例增益。

27、进一步地，增益参数β1和β2为：

28、

29、进一步地，离散传递函数为：

30、

31、进一步地，s4中时间序列模型的待定系数及其输入输出：

32、

33、进一步地，电压矢量划分为六个扇区，每个扇区均一非零电压矢量为中心，通过参考电压的相位信息可判断其所在的局部扇区位置，利用所划分的扇区去进行电压矢量的快速选择。

34、进一步地，s5中第一最优电压矢量uopt1、第二个电压矢量uopt2、零矢量uopt0的选择为：

35、(1)若us*所在的扇区为ⅰ，选择uopt1＝u1，uopt2＝u2或uopt2＝u6，uopt0＝u0；

36、(2)若us*所在的扇区为ⅱ，选择uopt1＝u2，uopt2＝u1或uopt2＝u3，uopt0＝u7；

37、(3)若us*所在的扇区为ⅲ，选择uopt1＝u3，uopt2＝u2或uopt2＝u4，uopt0＝u0；

38、(4)若us*所在的扇区为ⅳ，选择uopt1＝u4，uopt2＝u3或uopt2＝u5，uopt0＝u7；

39、(5)若us*所在的扇区为ⅴ，选择uopt1＝u5，uopt2＝u4或uopt2＝u6，uopt0＝u0；

40、(6)若us*所在的扇区为ⅵ，选择uopt1＝u6，uopt2＝u5或uopt2＝u1，uopt0＝u7。

41、进一步地，s5中uopt1、uopt2、uopt0的占空比d1、d2、d0为：

42、

43、其中δδdx和δδqx分别代表d,q轴预测电流与参考电流的差值。

44、进一步地，若d1+d2≥1，则：

45、

46、进一步地，所述价值函数表示为：

47、j＝|us*-uk|。

48、与现有技术相比，有益效果是：

49、本发明所述方法通过建立pmsm时间序列模型，将复杂的电机模型拟合为离散传递函数形式，通过递推最小二乘法在线估算时间序列模型中的待定系数及预测参考电压，并不断根据新的数据进行参数更新和模型修正，有效抑制电机参数变化所带来的扰动，去除电机模型中时变参数的同时，有更高的模型精度和控制效果。并将价值函数中对电流误差的跟踪转化为对电压矢量误差的跟踪，只需计算比较一次即可得到最优电压矢量，减小了计算量。

技术特征：

1.一种pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，s2中所述预处理包括采样当前电流和电压iabc(k)、uabc(k)，并经abc-dq变换得到k时刻定子dq轴电流和电压is(k)、us(k)，由转速环pi控制器输出得到q轴电流的参考值给定d轴电流参考值

3.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，s2中的控制律为：

4.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，增益参数β1和β2为：

5.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，离散传递函数为：

6.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，s4中时间序列模型的待定系数及其输入输出：

7.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，电压矢量划分为六个扇区，每个扇区均一非零电压矢量为中心，s5中第一最优电压矢量uopt1、第二个电压矢量uopt2、零矢量uopt0的选择为：

8.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，s5中uopt1、uopt2、uopt0的占空比d1、d2、d0为：

9.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，若d1+d2≥1，则：

10.根据权利要求1所述pmswg三矢量无模型预测电流控制方法，其特征在于，所述价值函数表示为：

技术总结
本发明公开了一种PMSWG三矢量无模型预测电流控制方法，本发明构建扩张状态观测器对算法进行一步延时补偿，并对采样数据进行清洗，然后通过建立PMSM时间序列模型，将复杂的电机模型拟合为离散传递函数形式，通过递推最小二乘法在线估算时间序列模型中的待定系数及预测参考电压，并不断根据新的数据进行参数更新和模型修正，最后根据更新的参考电压的相位信息可判断其所在的局部扇区位置，利用所划分的扇区去进行电压矢量的快速选择，减小控制器的计算负担。本发明所述方法能够有效抑制电机参数变化所带来的扰动，减小电流纹波，具有较强的鲁棒性和稳定性，解决了现有PMSWG模型预测电流控制策略参数鲁棒性差、计算复杂的问题。

技术研发人员：程谆,肖强晖,张雨爽
受保护的技术使用者：湖南铁道职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23