一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制方法及系统与流程

本发明涉及励磁协调控制，尤其涉及一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制方法及系统。

背景技术：

1、飞轮脉冲发电机是利用轴系的大惯量存储能量、同轴电动/发电机实现机电能量转换的一种飞轮储能系统。大容量的飞轮脉冲发电机组以小功率、长时间存储能量，以大功率、短时间释放能量，一般用作大容量脉冲电源，可应用于受控核聚变试验、核爆炸模拟、强流粒子束加速器、高功率脉冲激光器、高功率微波、等离子体和电磁发射技术等领域。

2、公开号为cn115603304b的中国专利公开了一种基于飞轮储能的发电机脉冲电源系统及其控制方法，该系统包括：发动机、发电机、整流器、飞轮储能单元和电流控制器，电流控制器将整流器和飞轮储能单元输出的直流电转换成脉冲电流，以向负载供电，并获取负载的运行参数和飞轮储能单元放电时的功率系数，根据负载的运行参数和飞轮储能单元放电时的功率系数来控制发动机和飞轮储能单元的运行功率。但是上述方案与传统飞轮机组控制机制一致，具有pid控制器的励磁系统对于电压调节精度不足，容易忽略输入参数和系统之间的相互联系，导致控制效果较差。因此，提供一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制方法及系统，来实现对飞轮脉冲发电机组励磁系统的电机增益系数进行精确调整，以提升励磁系统的电压调节精度，是非常有必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制方法及系统。通过分别构建模糊励磁调节器和时间自适应励磁模型，使得飞轮脉冲发电机组的励磁系统能够有效地处理系统的非线性和参数变化，同时也能对电机增益系数进行精确调整，从而提升电压调节精度。

2、本发明提供了一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制方法，所述方法包括：

3、获取第一电压误差函数、第二电压误差函数以及飞轮脉冲发电机的场电压；

4、构建模糊励磁调节器，将所述第一电压误差函数和所述第二电压误差函数输入所述模糊励磁调节器，以获取增量电压调节函数；

5、构建时间自适应励磁模型，并将所述增量电压调节函数和励磁电流函数输入时间所述自适应励磁控制器，以获取励磁目标调控函数；

6、根据所述励磁目标调控函数，生成与所述励磁目标调控函数对应的励磁电压控制指令，其中，所述励磁电压控制指令用于补偿所述飞轮脉冲发电机的电压差。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述获取第一电压误差函数、第二电压误差函数以及飞轮脉冲发电机的场电压，具体包括：

8、基于模糊规则库、第一电压数据集以及第二电压数据集，获取所述第一电压误差函数和所述第二电压误差函数，其中，所述第一电压数据集表示所述飞轮脉冲发电机输出电压基准值与所述飞轮脉冲发电机输出实际值之间差值的集合，所述第二电压数据集表示对所述飞轮脉冲发电机电压调整误差增量的集合；

9、基于飞轮脉冲发电机的实时参数，获取所述飞轮脉冲发电机的场电压。

10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述基于飞轮脉冲发电机的实时参数，获取所述飞轮脉冲发电机的场电压，具体包括：

11、

12、

13、

14、其中，uf表示所述飞轮脉冲发电机的场电压，uf0表示所述飞轮脉冲发电机的基准电压，γf0表示与所述飞轮脉冲发电机的基准电压对应的权重参数，δug表示所述飞轮脉冲发电机基准电压与参考电压值之间的波动值，ir表示所述飞轮脉冲发电机的无功电流，δi∑r表示运行于一条母线上的所述飞轮脉冲发电机的无功电流，γst表示稳定系数，γrep表示升压系数，γu1表示与所述飞轮脉冲发电机基准电压与参考电压值之间的波动值对应的权重参数，δu′g表示所述飞轮脉冲发电机电压随时间变化的一阶导数，γi1表示所述飞轮脉冲发电机基准电流与参考电流值之间的波动值对应的权重参数，i′f表示所述飞轮脉冲发电机电流随时间变化的一阶导数，γf0表示所述飞轮脉冲发电机频率与参考频率之间的波动值对应的权重参数，δf表示所述飞轮脉冲发电机频率与参考频率之间的波动值，γf1表示所述飞轮脉冲发电机输出频率对应的权重参数，f'表示所述飞轮脉冲发电机输出频率的一阶导数，wif1表示传感器的传递函数，wf1表示信号路径的传递函数，ks表示传感器的增益系数，t表示传感器的时间常数，s表示laplace变换变量，m(s)表示输出信号的laplace变换，n(s)表示输入信号的laplace变换。

15、更进一步优选的，所述将所述第一电压误差函数和所述第二电压误差函数输入所述模糊励磁调节器，以获取增量电压调节函数，具体包括：

16、δuvr＝ξ1ξ2h11+ξ1(1-ξ2)h21+(1-ξ1)ξ2h12+(1-ξ1)(1-ξ2)h22

17、其中，δuvr表示增量电压调节函数，ξ1表示所述第一电压误差函数中的模糊化单元输出值，ξ2表示所述第二电压误差函数中的模糊化单元输出值，h11、h21、h12以及h22均表示所述模糊励磁调节器的输出结果。

18、更进一步优选的，所述构建时间自适应励磁模型，具体包括；

19、基于转子角度函数、加速度相对值函数以及电势变化函数，获取第一时间自适应函数；

20、基于同步电抗函数、直轴电流函数以及同步输出功率函数，获取第二时间自适应函数；

21、根据所述第一时间自适应函数和所述第二时间自适应函数，构建所述时间自适应励磁模型。

22、更进一步优选的，所述转子角度函数、所述加速度相对值函数以及所述电势变化函数，具体包括：

23、

24、

25、

26、其中，表示第j个所述飞轮脉冲发电机的转子角度，ωj表示第j个所述飞轮脉冲发电机的当前转子角速度，ω0表示所述飞轮脉冲发电机的初始角速度，表示所述飞轮脉冲发电机的角速度相对值，gj表示第j个所述飞轮脉冲发电机的阻尼系数，c表示惯性常数，表示第j个所述飞轮脉冲发电机的输入机械功率，表示第j个所述飞轮脉冲发电机的同步输出功率，δuq表示所述飞轮脉冲发电机的内部电势变化量，uq表示所述飞轮脉冲发电机的内部电压，表示第i个所述飞轮脉冲发电机的励磁时间常数。

27、更进一步优选的，所述同步电抗函数、所述直轴电流函数以及所述同步输出功率函数，具体包括：

28、

29、

30、

31、其中，xd∑表示所述飞轮脉冲发电机的直轴同步电抗，xd表示所述飞轮脉冲发电机的直轴电抗，xt表示所述飞轮脉冲发电机的漏电抗，xl表示所述飞轮脉冲发电机的感抗，id表示所述飞轮脉冲发电机的直轴电流，u'q是所述飞轮脉冲发电机的交轴瞬态电动势，x'd∑表示所述飞轮脉冲发电机的直轴瞬态电抗，ψ表示转子交轴与所述飞轮脉冲发电机x轴的电角度，pe表示所述飞轮脉冲发电机的同步输出功率，vs表示负载终端电压。

32、更进一步优选的，所述励磁目标调控函数，具体包括：

33、δuout＝k1·δuvr-k2·δif+k3·δuq

34、其中，δuout表示输出信号增量，k1、k2以及k3均表示权重系数，δif表示所述飞轮脉冲发电机励磁电流的反符号导数，δuq表示所述飞轮脉冲发电机的内部电动势变化量。

35、在本技术的第二方面提供了一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制系统，所述励磁系统控制系统包括数据采集模块、模糊励磁模块、时间励磁模块以及函数补偿模块，其中，

36、所述数据采集模块用于获取第一电压误差函数、第二电压误差函数以及飞轮脉冲发电机的场电压；

37、所述模糊励磁模块用于构建模糊励磁调节器，将所述第一电压误差函数和所述第二电压误差函数输入所述模糊励磁调节器，以获取增量电压调节函数；

38、所述时间励磁模块用于构建时间自适应励磁模型，并将所述增量电压调节函数和励磁电流函数输入时间所述自适应励磁控制器，以获取励磁目标调控函数；

39、所述函数补偿模块用于根据所述励磁目标调控函数，生成与所述励磁目标调控函数对应的励磁电压控制指令，其中，所述励磁电压控制指令用于补偿所述飞轮脉冲发电机电压差。

40、在本技术的第三方面提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、用户接口及网络接口，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和网络接口用于给其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令。

41、本发明提供的一种适用于飞轮脉冲发电机组的励磁系统控制方法及系统相对于现有技术具有以下有益效果：

42、(1)通过分别构建模糊励磁调节器和时间自适应励磁模型，使得飞轮脉冲发电机组的励磁系统能够有效地处理系统的非线性和参数变化，模糊励磁调节器能够有效地处理这些模糊和不确定的输入信息，从而更好地适应复杂的电力系统环境，并且时间自适应励磁模型能够根据系统运行状态和外部环境变化实时调整励磁系统的参数，适应不断变化的工况，提高励磁系统的稳定性，同时也能对电机增益系数进行精确调整，从而提升电压调节精度；

43、(2)通过转子角度函数、加速度相对值函数、电势变化函数、同步电抗函数、直轴电流函数以及同步输出功率函数来构建时间自适应励磁模型，使得励磁系统中加入能够通过实时采集发电机运行状态、电网负荷、电压频率等信息，作为控制模型的输入数据，同时经过时间自适应励磁模型通过对实时数据进行处理和分析，并使用识别算法来估计励磁系统的相关参数，以根据飞轮脉冲发电机组的运行状态动态调整这些参数，实现对飞轮脉冲发电机组输出电压的调节，以确保电网的稳定运行，并使得励磁系统具备良好的鲁棒性和稳定性，能够应对不确定性和突发变化，确保飞轮脉冲发电机组的安全可靠运行。