CN110943665B - 有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法及*** - Google Patents

有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法及*** Download PDF

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CN110943665B CN201911171595.6A CN201911171595A CN110943665B CN 110943665 B CN110943665 B CN 110943665B CN 201911171595 A CN201911171595 A CN 201911171595A CN 110943665 B CN110943665 B CN 110943665B
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Abstract

本发明公开了一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法及***，方法包括：当电机角速度ωm小于基速ωb时，根据矢量控制策略控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制策略会根据分段弱磁控制策略产生的d轴弱磁电流
Figure DDA0002288865130000011
进行实时调节；当ωm大于ωb时，根据分段弱磁控制策略产生调磁电流给定值
Figure DDA0002288865130000012
和
Figure DDA0002288865130000013
并根据
Figure DDA0002288865130000014
控制直流变换器产生调磁电流，实现调磁功能；当检测到失控发电故障时，将
Figure DDA0002288865130000015
切换为灭磁电流给定值
Figure DDA0002288865130000016
并根据
Figure DDA0002288865130000017
产生灭磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。本发明简单有效，可以提高记忆电机驱动***的可靠性以及直流调磁绕组的利用效率。

Description

有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法及***
技术领域
本发明涉涉及电机控制技术，尤其涉及一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法及***。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)具有高转矩密度、宽调速范围和高效率的优点，但其气隙磁密难以调节，因而限制了电机的恒功率扩速性能。为此，一种由永磁同步电机改进而来的可变磁通记忆电机(Variable Flux MemoryMachine，VFMM)被提出了。该类电机利用瞬时的电流脉冲产生磁动势，在线改变永磁体的磁化状态，从而实现了真正地弱磁扩速。相比于传统PMSM的持续电流弱磁方式，VFMM的分段式调磁能够有效地减少弱磁电流带来的损耗，从而提高电机的运行效率。
在电力拖动应用中，电机***的安全性和可靠性是至关重要的。失控发电故障(Uncontrolled generator fault，UCGF)危害电机和逆变器的最严重的故障之一，发生于高速弱磁运行期。若电机的弱磁控制意外失效，绕组中的反电势将突增为电源电压的数倍，电机迅速变为一个电压源而向直流母线回馈能量，这极易导致直流侧电容***、开关器件击穿等后果。直流调磁型记忆电机利用独立的调磁绕组在线调节永磁体的磁化状态，这不仅便于实现弱磁扩速，更可以在UCGF发生时迅速降低磁化状态，从而降低反电势和能量回馈，实现灭磁保护。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中在高速弱磁期可能发生的发生的失控发电故障，提供一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法及***，以避免发生失控发电故障产生的危害。
技术方案：本发明所述的带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法包括：
步骤一：检测直流调磁记忆电机角速度ωm；
步骤二：当电机角速度ωm小于基速ωb时，根据矢量控制策略控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制策略会根据分段弱磁控制策略产生的d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000011
进行实时调节；
步骤三：当电机角速度ωm大于基速ωb时，根据分段弱磁控制策略产生调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000021
和d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000022
并根据调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000023
控制直流变换器产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能；
步骤四：当检测到失控发电故障时，将调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000024
切换为灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000025
并根据灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000026
产生灭磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
进一步的，所述步骤二具体包括：
S2.1、将检测到的直流调磁记忆电机角速度ωm，与角速度给定值
Figure GDA0002881751260000027
做差，差值输入比例-积分调节器，得到q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000028
S2.2、检测直流调磁记忆电机d、q轴电流实际值id和iq，并分别与d、q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000029
和
Figure GDA00028817512600000210
做差，将差值分别输入比例-积分调节器，得到d、q轴电压给定值
Figure GDA00028817512600000211
和
Figure GDA00028817512600000212
其中d轴电流给定值
Figure GDA00028817512600000213
初始值为0，并根据d轴弱磁电流
Figure GDA00028817512600000214
按照
Figure GDA00028817512600000215
修正；
S2.3、检测直流调磁记忆电机转子电角度θe，并根据
Figure GDA00028817512600000216
和
Figure GDA00028817512600000217
按照空间矢量调制方式产生开关信号，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行。
进一步的，所述步骤三具体包括：
S3.1、选取
Figure GDA00028817512600000218
共k个磁化状态给定值，及其对应的角速度ωm(1)、ωm(2)……ωm(k)组成离散对应关系；
S3.2、选取
Figure GDA00028817512600000219
共k个调磁电流给定值，及其对应的磁化状态给定值
Figure GDA00028817512600000220
组成离散对应关系；
S3.3、当电机角速度ωm达到ωm(n)时，根据S3.1选取对应的磁化状态给定值
Figure GDA00028817512600000221
并根据S3.2选取对应的值
Figure GDA00028817512600000222
赋值给调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000223
其中n为1和k 之间的整数；
S3.4、当角速度满足ωm(n)＜ωm≤ωm(n+1)时，根据下列公式计算d轴弱磁电流
Figure GDA00028817512600000224
Figure GDA0002881751260000031
其中ωe为电角速度，ψMS为当前磁化状态，即
Figure GDA0002881751260000032
Ld为记忆电机的d 轴电感，ρ为凸极率，us max为允许的相电压最大值；
S3.5、检测调磁电流实际值imag，并根据调磁电流实际值imag和S3.3得到的调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000033
进行脉冲电流调制，产生脉冲电流信号控制直流变换器产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能。
进一步的，所述步骤四具体包括：
S4.1、检测三相逆变器的直流侧电容电压ucap，当其超过直流侧电压最大值udc_max时，判断为发生失控发电故障；其中直流侧电压最大值udc_max为保证三相逆变器和直流侧电容安全工作的最大电压；
S4.2、将调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000034
置0，同时产生灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000035
S4.3、检测调磁电流实际值imag，并根据调磁电流实际值imag和S4.2得到的灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000036
进行脉冲电流调制，产生脉冲电流信号控制直流变换器产生灭磁电流脉冲，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
本发明所述的有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制***包括：
检测模块，用于检测直流调磁记忆电机角速度ωm；
矢量控制模块，用于当检测模块检测到的电机角速度ωm小于基速ωb时，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制模块会根据分段弱磁控制模块产生的d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000037
进行实时控制调节；
分段弱磁控制模块，用于当检测模块检测到电机角速度ωm大于基速ωb时，产生调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000038
和d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000039
使得直流变换器根据调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000310
产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能；
故障检测模块，用于判断失控发电故障的发生，并将分段弱磁控制模块产生的调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000311
切换为灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000312
使得直流变换器根据灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000313
产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
进一步的，所述矢量控制模块具体包括：
转速比较器，用于将检测模块检测到的直流调磁记忆电机电机角速度ωm与角速度给定值
Figure GDA0002881751260000041
比较后产生的误差输入至转速比例-积分调节器；
转速比例-积分调节器，用于将根据转速比较器的输出进行比例-积分调节，并输出 q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000042
第一电流比较器，用于将d轴电流实际值id与d轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000043
比较后产生的误差，输入至第一电流比例-积分调节器；其中d轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000044
初始值为0，并根据d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000045
按照
Figure GDA0002881751260000046
实时修正；
第二电流比较器，用于将q轴电流实际值iq与q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000047
比较后产生的误差，输入至第二电流比例-积分调节器；
第一电流比例-积分调节器，用于将第一电流比较器的输出进行比例-积分调节，并输出d轴电压给定值
Figure GDA0002881751260000048
第二电流比例-积分调节器，用于将第二电流比较器的输出进行比例-积分调节，并输出q轴电压给定值
Figure GDA0002881751260000049
SVPWM单元，用于将第一电流比例-积分调节器输出的d轴电压给定值
Figure GDA00028817512600000410
和第二电流比例-积分调节器输出的q轴电压给定值
Figure GDA00028817512600000411
按照空间矢量调制方式输出开关信号，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机正常运行。
进一步的，所述分段弱磁模块具体包括：
磁化状态选择单元，用于获取角速度ωm当前达到的值ωm(n)，并从第一预设离散对应关系表中选取对应的磁化状态给定值
Figure GDA00028817512600000412
其中，所述第一预设离散对应关系表中存储的数据为选取的
Figure GDA00028817512600000413
共k个磁化状态给定值及其对应的角速度ωm(1)、ωm(2)……ωm(k)组成的离散对应关系，其中n为1和k之间的整数；
调磁电流选择单元，用于根据磁化状态给定值
Figure GDA00028817512600000414
从第二预设离散对应关系表中选取对应的值
Figure GDA0002881751260000051
赋值给调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000052
其中，所述第二预设离散对应关系表中存储的数据为选取的
Figure GDA0002881751260000053
共k个调磁电流给定值及其对应的磁化状态给定值
Figure GDA0002881751260000054
组成的离散对应关系；
弱磁电流计算单元，用于根据角速度ωm当前达到的值ωm(n)和当前磁化状态
Figure GDA0002881751260000055
按照下式计算d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000056
Figure GDA0002881751260000057
其中ωe为电角速度，ψMS为当前磁化状态，即
Figure GDA0002881751260000058
Ld为记忆电机的d 轴电感，ρ为凸极率，us max为允许的相电压最大值。
进一步的，所述故障检测模块具体包括：
直流电压比较单元，用于当检测到的直流侧电容电压ucap超过直流侧电压最大值udc_max时判断为发生失控发电故障，产生故障信号；其中直流侧电压最大值udc_max为保证三相逆变器和直流侧电容安全工作的最大电压；
灭磁电流给定单元，用于在接收到故障信号时，产生灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000059
调磁电流切换单元，用于在接收到故障信号时，将所述分段弱磁模块输出的调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000510
置0，切换为灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000511
进行输出。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
1、具有UCGF保护功能，防止电机和逆变器在故障时被损坏，提高了电机和驱动***的可靠性。
2、通过独立的调磁绕组实现保护功能，在逆变器失控引发UCGF时，保护仍可生效，进一步提高了该***的可靠性。
3、该保护功能可通过简单的逻辑电路实现，在控制核心失效时仍可实现保护，进一步提高了该***的可靠性
4、相比于常规的直流调磁型VFMM控制***，该方法提高了直流调磁绕组的利用效率，增加了直流调磁型VFMM的利用价值。
附图说明
图1是本发明的控制***原理图；
图2是本发明分段弱磁原理的一种示例；
图3是图1中分段弱磁控制的原理图；
图4是图1中UCG故障检测的原理图。
具体实施方式
本实施例提供了一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法，控制原理如图1所示，直流调磁记忆电机为被控对象，包含电枢绕组和直流调磁绕组；其中三相逆变器连接到电枢绕组，其输出到电枢绕组的电流经过相电流检测单元检测，并经过采样、模数转换和坐标变换等环节作为电流反馈量，电流内环采用两路PI调节器产生电压给定，并输出到SVPWM单元按照空间矢量调制技术(SVPWM)产生开关信号，驱动三相逆变器，其中q轴电流给定由转速外环的PI调节器产生，d轴电流给定由分段弱磁控制单元决产生，转子位置和角速度由位置检测单元获得；其中直流变换器连接到直流调磁绕组，其输出的调磁电流由调磁电流检测单元检测，并反馈至脉冲电流调制单元，产生开关信号驱动直流变换器。该实施例具体包括以下步骤：
步骤一：检测直流调磁记忆电机角速度ωm。
步骤二：当电机角速度ωm小于基速ωb时，根据矢量控制策略控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制策略会根据分段弱磁控制策略产生的d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000061
进行实时调节。
其中，矢量控制策略的具体原理如图1中下方虚线框内所示，包括以下步骤：
S2.1、将检测到的直流调磁记忆电机角速度ωm，与角速度给定值
Figure GDA0002881751260000062
做差，差值输入比例-积分调节器，得到q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000063
S2.2、检测直流调磁记忆电机d、q轴电流实际值id和iq，并分别与d、q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000064
和
Figure GDA0002881751260000065
做差，将差值分别输入比例-积分调节器，得到d、q轴电压给定值
Figure GDA0002881751260000066
和
Figure GDA0002881751260000067
其中d轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000068
初始值为0，并根据d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000069
按照
Figure GDA00028817512600000610
修正；
S2.3、检测直流调磁记忆电机转子电角度θe，并根据
Figure GDA00028817512600000611
和
Figure GDA00028817512600000612
按照空间矢量调制方式产生开关信号，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行。
步骤三：当电机角速度ωm大于基速ωb时，根据分段弱磁控制策略产生调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000071
和d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000072
并根据调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000073
控制直流变换器产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能。
对电机的电压方程进行分析
Figure GDA0002881751260000074
其中ud和uq分别为d、q轴电压，Rs为定子电阻，ωe为电角速度，ψpm为永磁磁链，对于定子电压又有
us 2＝ud 2+uq 2 (2)
将式(1)代入上式，并忽略高速运行时的电阻压降可得
Figure GDA0002881751260000075
由此可知，当电机转速提高至一定值时，定子电压将达到逆变器可输出电压的极限，导致转速无法继续提高，此时的角速度称为基速，可表示为
Figure GDA0002881751260000076
其中us max和is max分别为允许的相电压和相电流的最大值，为了拓宽转速范围，记忆电机可以通过调节永磁体的磁化状态来改变机械特性，即通过减小永磁磁链值ψpm来拓宽转速范围，则式(3)可改写为
Figure GDA0002881751260000077
其中ψMS为当前磁化状态下的永磁磁链，在相邻的磁化状态之间，通常配以施加负的d 轴弱磁电流，来实现恒功率运行区的连续扩展，图2以三段磁化状态为例说明了该分段弱磁原理，在某一磁化状态下，所需的d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000078
可由式(5)所示的电压方程的求解得
Figure GDA0002881751260000079
其中ρ为凸极率；
因此，如图3所示，所述步骤三具体为：
S2.1、选取
Figure GDA0002881751260000081
共k个磁化状态给定值，及其对应的角速度ωm(1)、ωm(2)……ωm(k)组成离散对应关系；该对应关系是由永磁体不同磁化状态下的机械特性决定的；
S2.2、选取
Figure GDA0002881751260000082
共k个调磁电流给定值，及其对应的磁化状态给定值
Figure GDA0002881751260000083
组成离散对应关系；该对应关系是由记忆电机的结构决定的；
S2.3、当电机角速度ωm达到ωm(n)时，根据S3.1选取对应的磁化状态给定值
Figure GDA0002881751260000084
并根据S3.2选取对应的值
Figure GDA0002881751260000085
赋值给调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000086
其中n为1和k 之间的整数；
S2.4、当角速度满足ωm(n)＜ωm≤ωm(n+1)时，根据下列公式计算d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000087
Figure GDA0002881751260000088
其中ωe为电角速度，ψMS为当前磁化状态，即
Figure GDA0002881751260000089
Ld为记忆电机的d 轴电感，ρ为凸极率，us max为允许的相电压最大值；
S2.5检测调磁电流实际值imag，并根据调磁电流实际值imag和S3.3得到的调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000810
进行脉冲电流调制，产生脉冲电流信号控制直流变换器产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能。
步骤四：当检测到失控发电故障时，将调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000811
切换为灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000812
并根据灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600000813
产生灭磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
在高速运行时，需要使用弱磁控制来扩展调速范围，而当弱磁控制意外失效时，永磁磁链将会立即增大，根据式(3)所示的电压方程，定子电压会迅速增大，此时电机发电运行，电枢绕组成为一个电压源，通过逆变器的续流通路向直流侧馈入能量，这种故障被称为失控发电故障，如果直流侧电容不能承受突增的回馈能量，过高的电压将会导致电容和逆变器的损坏；为实现失控发电故障保护，首先需要对直流侧电压进行检测，在直流侧电压超过安全值时即发出故障信号，触发保护。直流调磁记忆电机可以通过附加的直流调磁绕组来调节永磁磁链，这种独立的调磁绕组可以在逆变器失控时实现灭磁，从而实现失控发电故障保护，增加了驱动***的可靠性；
为了保证灭磁电流能够有效地起到消除永磁磁链的效果，该方法中的灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000091
应通过离线实验进行测试，对于常见的直流调磁型记忆电机，可按照以下步骤测定灭磁电流给定值：1)使用原动机拖动待测电机恒速空载转动，同时测定相反电势的幅值(有效值)；2)向调磁绕组施加充磁电流脉冲，直到相反电势的幅值不能再被充磁而增加，即达到满磁化状态；3)向调磁绕组施加去磁电流脉冲，并逐次增加幅值，直到相反电势幅值达到零，此时的去磁电流脉冲值即为所求的灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000092
因此，如图4所示，所述步骤四具体包括：
S4.1、检测三相逆变器的直流侧电容电压ucap，当其超过直流侧电压最大值udc_max时，判断为发生失控发电故障；其中直流侧电压最大值udc_max为保证三相逆变器和直流侧电容安全工作的最大电压；
S4.2、将调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000093
置0，同时产生灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000094
其中灭磁电流给定值由记忆电机结构和永磁体的磁化特性决定，可通过离线实验进行测定；
S4.3、检测调磁电流实际值imag，并根据调磁电流实际值imag和S4.2得到的灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000095
进行脉冲电流调制，产生脉冲电流信号控制直流变换器产生灭磁电流脉冲，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
本实施例还提供了一种带有失控发电故障保护的记忆电机控制***，包括：
检测模块，用于检测直流调磁记忆电机角速度ωm；
矢量控制模块，用于当检测模块检测到的电机角速度ωm小于基速ωb时，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制模块会根据分段弱磁控制模块产生的d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000096
进行实时控制调节；
分段弱磁控制模块，用于当检测模块检测到电机角速度ωm大于基速ωb时，产生调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000101
和d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000102
使得直流变换器根据调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000103
产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能；
故障检测模块，用于判断失控发电故障的发生，并将分段弱磁控制模块产生的调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000104
切换为灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000105
使得直流变换器根据灭磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000106
产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
其中，所述矢量控制模块具体包括：
转速比较器，用于将检测模块检测到的直流调磁记忆电机电机角速度ωm与角速度给定值
Figure GDA0002881751260000107
比较后产生的误差输入至转速比例-积分调节器；
转速比例-积分调节器，用于将根据转速比较器的输出进行比例-积分调节，并输出 q轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000108
第一电流比较器，用于将d轴电流实际值id与d轴电流给定值
Figure GDA0002881751260000109
比较后产生的误差，输入至第一电流比例-积分调节器；其中d轴电流给定值
Figure GDA00028817512600001010
初始值为0，并根据d轴弱磁电流
Figure GDA00028817512600001011
按照
Figure GDA00028817512600001012
实时修正；
第二电流比较器，用于将q轴电流实际值iq与q轴电流给定值
Figure GDA00028817512600001013
比较后产生的误差，输入至第二电流比例-积分调节器；
第一电流比例-积分调节器，用于将第一电流比较器的输出进行比例-积分调节，并输出d轴电压给定值
Figure GDA00028817512600001014
第二电流比例-积分调节器，用于将第二电流比较器的输出进行比例-积分调节，并输出q轴电压给定值
Figure GDA00028817512600001015
SVPWM单元，用于将第一电流比例-积分调节器输出的d轴电压给定值
Figure GDA00028817512600001016
和第二电流比例-积分调节器输出的q轴电压给定值
Figure GDA00028817512600001017
按照空间矢量调制方式输出开关信号，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机正常运行。
其中，所述分段弱磁模块具体包括：
磁化状态选择单元，用于获取角速度ωm当前达到的值ωm(n)，并从第一预设离散对应关系表中选取对应的磁化状态给定值
Figure GDA00028817512600001018
其中，所述第一预设离散对应关系表中存储的数据为选取的
Figure GDA0002881751260000111
共k个磁化状态给定值及其对应的角速度ωm(1)、ωm(2)……ωm(k)组成的离散对应关系，其中n为1和k之间的整数；
调磁电流选择单元，用于根据磁化状态给定值
Figure GDA0002881751260000112
从第二预设离散对应关系表中选取对应的值
Figure GDA0002881751260000113
赋值给调磁电流给定值
Figure GDA0002881751260000114
其中，所述第二预设离散对应关系表中存储的数据为选取的
Figure GDA0002881751260000115
共k个调磁电流给定值及其对应的磁化状态给定值
Figure GDA0002881751260000116
组成的离散对应关系；
弱磁电流计算单元，用于根据角速度ωm当前达到的值ωm(n)和当前磁化状态
Figure GDA0002881751260000117
按照下式计算d轴弱磁电流
Figure GDA0002881751260000118
Figure GDA0002881751260000119
其中ωe为电角速度，ψMS为当前磁化状态，即
Figure GDA00028817512600001110
Ld为记忆电机的d 轴电感，ρ为凸极率，us max为允许的相电压最大值。
其中，所述故障检测模块具体包括：
直流电压比较单元，用于当检测到的直流侧电容电压ucap超过直流侧电压最大值udc_max时判断为发生失控发电故障，产生故障信号；其中直流侧电压最大值udc_max为保证三相逆变器和直流侧电容安全工作的最大电压；
灭磁电流给定单元，用于在接收到故障信号时，产生灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600001111
调磁电流切换单元，用于在接收到故障信号时，将所述分段弱磁模块输出的调磁电流给定值
Figure GDA00028817512600001112
置0，切换为灭磁电流给定值
Figure GDA00028817512600001113
进行输出。
本实施例与上述方法一一对应，未详尽之处请参考方法中的描述，这里不再赘述。
在本申请实施例中，应该理解到，所揭露的方法可以通过其它的方式实现。例如，所述模块和单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法，其特征在于包括：
步骤一：检测直流调磁记忆电机角速度ωm；
步骤二：当电机角速度ωm小于基速ωb时，根据矢量控制策略控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制策略会根据分段弱磁控制策略产生的d轴弱磁电流
Figure FDA0002881751250000011
进行实时调节；
步骤三：当电机角速度ωm大于基速ωb时，根据分段弱磁控制策略产生调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000012
和d轴弱磁电流
Figure FDA0002881751250000013
并根据调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000014
控制直流变换器产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能；
步骤四：当检测到失控发电故障时，将调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000015
切换为灭磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000016
并根据灭磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000017
产生灭磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护；步骤四具体包括：
S4.1、检测三相逆变器的直流侧电容电压ucap，当其超过直流侧电压最大值udc_max时，判断为发生失控发电故障；其中直流侧电压最大值udc_max为保证三相逆变器和直流侧电容安全工作的最大电压；
S4.2、将调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000018
置0，同时产生灭磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000019
S4.3、检测调磁电流实际值imag，并根据调磁电流实际值imag和S4.2得到的灭磁电流给定值
Figure FDA00028817512500000110
进行脉冲电流调制，产生脉冲电流信号控制直流变换器产生灭磁电流脉冲，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护。
2.根据权利要求1所述的一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：
S2.1、将检测到的直流调磁记忆电机角速度ωm，与角速度给定值
Figure FDA00028817512500000111
做差，差值输入比例-积分调节器，得到q轴电流给定值
Figure FDA00028817512500000112
S2.2、检测直流调磁记忆电机d、q轴电流实际值id和iq，并分别与d、q轴电流给定值
Figure FDA00028817512500000113
和
Figure FDA00028817512500000114
做差，将差值分别输入比例-积分调节器，得到d、q轴电压给定值
Figure FDA00028817512500000115
和
Figure FDA00028817512500000116
其中d轴电流给定值
Figure FDA0002881751250000021
初始值为0，并根据d轴弱磁电流
Figure FDA0002881751250000022
按照
Figure FDA0002881751250000023
修正；
S2.3、检测直流调磁记忆电机转子电角度θe，并根据
Figure FDA0002881751250000024
和
Figure FDA0002881751250000025
按照空间矢量调制方式产生开关信号，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行。
3.根据权利要求1所述的一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：
S3.1、选取
Figure FDA0002881751250000026
共k个磁化状态给定值，及其对应的角速度ωm(1)、ωm(2)……ωm(k)组成离散对应关系,k为大于2的正整数；
S3.2、选取
Figure FDA0002881751250000027
共k个调磁电流给定值，及其对应的磁化状态给定值
Figure FDA0002881751250000028
组成离散对应关系；
S3.3、当电机角速度ωm达到ωm(n)时，根据S3.1选取对应的磁化状态给定值
Figure FDA0002881751250000029
并根据S3.2选取对应的值
Figure FDA00028817512500000210
赋值给调磁电流给定值
Figure FDA00028817512500000211
其中n为1和k之间的整数；
S3.4、当角速度满足ωm(n)＜ωm≤ωm(n+1)时，根据下列公式计算d轴弱磁电流
Figure FDA00028817512500000212
Figure FDA00028817512500000213
其中ωe为电角速度，ψMS为当前磁化状态，即
Figure FDA00028817512500000214
Ld为记忆电机的d轴电感，ρ为凸极率，usmax为允许的相电压最大值；
S3.5、检测调磁电流实际值imag，并根据调磁电流实际值imag和S3.3得到的调磁电流给定值
Figure FDA00028817512500000215
进行脉冲电流调制，产生脉冲电流信号控制直流变换器产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能。
4.一种带有失控发电故障保护的直流调磁记忆电机控制***，其特征在于包括：
检测模块，用于检测直流调磁记忆电机角速度ωm；
矢量控制模块，用于当检测模块检测到的电机角速度ωm小于基速ωb时，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机运行；其中，该矢量控制模块会根据分段弱磁控制模块产生的d轴弱磁电流
Figure FDA0002881751250000031
进行实时控制调节；
分段弱磁控制模块，用于当检测模块检测到电机角速度ωm大于基速ωb时，产生调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000032
和d轴弱磁电流
Figure FDA0002881751250000033
使得直流变换器根据调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000034
产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体磁化状态进行调节，实现调磁功能；
故障检测模块，用于判断失控发电故障的发生，并将分段弱磁控制模块产生的调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000035
切换为灭磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000036
使得直流变换器根据灭磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000037
产生调磁电流，对直流调磁记忆电机永磁体进行灭磁，实现失控发电故障保护；故障检测模块具体包括：
直流电压比较单元，用于当检测到的直流侧电容电压ucap超过直流侧电压最大值udc_max时判断为发生失控发电故障，产生故障信号；其中直流侧电压最大值udc_max为保证三相逆变器和直流侧电容安全工作的最大电压；
灭磁电流给定单元，用于在接收到故障信号时，产生灭磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000038
调磁电流切换单元，用于在接收到故障信号时，将所述分段弱磁模块输出的调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000039
置0，切换为灭磁电流给定值
Figure FDA00028817512500000310
进行输出。
5.根据权利要求4所述的控制***，其特征在于：所述矢量控制模块具体包括：
转速比较器，用于将检测模块检测到的直流调磁记忆电机的 电机角速度ωm与角速度给定值
Figure FDA00028817512500000311
比较后产生的误差输入至转速比例-积分调节器；
转速比例-积分调节器，用于将根据转速比较器的输出进行比例-积分调节，并输出q轴电流给定值
Figure FDA00028817512500000312
第一电流比较器，用于将d轴电流实际值id与d轴电流给定值
Figure FDA00028817512500000313
比较后产生的误差，输入至第一电流比例-积分调节器；其中d轴电流给定值
Figure FDA00028817512500000314
初始值为0，并根据d轴弱磁电流
Figure FDA00028817512500000315
按照
Figure FDA00028817512500000316
实时修正；
第二电流比较器，用于将q轴电流实际值iq与q轴电流给定值
Figure FDA00028817512500000317
比较后产生的误差，输入至第二电流比例-积分调节器；
第一电流比例-积分调节器，用于将第一电流比较器的输出进行比例-积分调节，并输出d轴电压给定值
Figure FDA0002881751250000041
第二电流比例-积分调节器，用于将第二电流比较器的输出进行比例-积分调节，并输出q轴电压给定值
Figure FDA0002881751250000042
SVPWM单元，用于将第一电流比例-积分调节器输出的d轴电压给定值
Figure FDA0002881751250000043
和第二电流比例-积分调节器输出的q轴电压给定值
Figure FDA0002881751250000044
按照空间矢量调制方式输出开关信号，控制三相逆变器，驱动直流调磁记忆电机正常运行。
6.根据权利要求4所述的控制***，其特征在于：所述分段弱磁模块具体包括：
磁化状态选择单元，用于获取角速度ωm当前达到的值ωm(n)，并从第一预设离散对应关系表中选取对应的磁化状态给定值
Figure FDA0002881751250000045
其中，所述第一预设离散对应关系表中存储的数据为选取的
Figure FDA0002881751250000046
共k个磁化状态给定值及其对应的角速度ωm(1)、ωm(2)……ωm(k)组成的离散对应关系，k为大于2的正整数，其中n为1和k之间的整数；
调磁电流选择单元，用于根据磁化状态给定值
Figure FDA0002881751250000047
从第二预设离散对应关系表中选取对应的值
Figure FDA0002881751250000048
赋值给调磁电流给定值
Figure FDA0002881751250000049
其中，所述第二预设离散对应关系表中存储的数据为选取的
Figure FDA00028817512500000410
共k个调磁电流给定值及其对应的磁化状态给定值
Figure FDA00028817512500000411
组成的离散对应关系；
弱磁电流计算单元，用于根据角速度ωm当前达到的值ωm(n)和当前磁化状态
Figure FDA00028817512500000412
按照下式计算d轴弱磁电流
Figure FDA00028817512500000413
Figure FDA00028817512500000414
其中ωe为电角速度，ψMS为当前磁化状态，即
Figure FDA00028817512500000415
Ld为记忆电机的d轴电感，ρ为凸极率，usmax为允许的相电压最大值。
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