本發(fā)明涉及電機控制領域，特別是涉及一種考慮失超故障的超導電機容錯控制方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、超導體具有零電阻特性、邁斯納(meissner)效應和約瑟夫森(josephson)效應這三大基本特性，臨界溫度、臨界磁場以及臨界電流是超導體的三個重要參數(shù)。溫度、磁場及電流中的任一參數(shù)超過臨界值，超導磁體都會發(fā)生相變，成為常導體，此過程稱為失超。

2、超導電機功率密度大，能有效解決傳統(tǒng)風機擴容瓶頸。對于遠海風場而言，超導電機的運輸與吊裝成本將遠低于沉重的傳統(tǒng)風機；另外，中國的二代高溫超導材料性能處于世界前列，而價格已接近同性能銅線。以超導電機為代表的應用超導產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化格局日益顯現(xiàn)。

3、由于某些原因，高溫超導材料的局部可能會出現(xiàn)溫度、磁場或者電流超過臨界值的情況，該區(qū)域就會退出超導態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，如果該區(qū)域之后迅速恢復到超導態(tài)，這一過程被稱為可恢復性失超；如果該區(qū)域一直處于正常態(tài)，而且正常態(tài)向周圍超導態(tài)的區(qū)域進行傳播，導致正常態(tài)區(qū)域不斷擴大，這一過程被稱為不可恢復性失超。

4、高溫超導風力發(fā)電機勵磁線圈額定工作于恒定直流下，直流工況下，線圈的臨界電流值大小是評價線圈工作性能的重要指標參數(shù)之一。當勵磁線圈的運行電流超過其臨界電流時，勵磁線圈將會面臨失超帶來的危險，會對高溫超導電機的穩(wěn)定安全運行造成嚴重影響。超導電機發(fā)生失超時，超導體從電阻為零的超導態(tài)轉(zhuǎn)變到了電阻相當高的正常態(tài)，勵磁電流急劇減少，因此電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁鏈隨之降低，定子電流會受到電流限制，導致故障電機的承載能力損失，電機減速。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種考慮失超故障的超導電機容錯控制方法及系統(tǒng)，能夠有效解決超導電機面臨的出現(xiàn)失超故障時的魯棒性控制問題，實現(xiàn)超導電機的穩(wěn)定運行。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，包括：

4、建立轉(zhuǎn)子磁鏈估計模型；構(gòu)建超導電機在失超故障下的狀態(tài)電流觀測模型；建立超導電機在失超故障下的容錯控制模型；根據(jù)當前時刻的電壓控制矢量和當前時刻的響應電流矢量，利用所述轉(zhuǎn)子磁鏈估計模型，獲得當前時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值；若當前時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值與前一時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值差值較大，則判定超導電機發(fā)生了失超故障；根據(jù)當前時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值和當前時刻的響應電流矢量，利用所述狀態(tài)電流觀測模型，獲得超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值；根據(jù)給定電流矢量、超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值和當前時刻的響應電流矢量，利用所述容錯控制模型，確定超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量；將超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量作用于超導電機，使超導電機發(fā)生失超故障下的響應電流矢量等于給定電流矢量，控制超導電機穩(wěn)定運行。

5、一種考慮失超故障的超導電機容錯控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：容錯控制器、磁通檢測模塊和狀態(tài)電流觀測模塊。

6、磁通檢測模塊分別與容錯控制器和狀態(tài)電流觀測模塊連接；狀態(tài)電流觀測模塊與容錯控制器連接；所述磁通檢測模塊用于根據(jù)每個時刻的響應電流矢量以及容錯控制器輸出的電壓控制矢量，進行磁通檢測，獲得每個時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值，并在當前時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值與前一時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值不同時，判定超導電機發(fā)生了失超故障，將當前時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值傳輸至狀態(tài)電流觀測模塊；所述狀態(tài)電流觀測模塊用于根據(jù)當前時刻的轉(zhuǎn)子磁鏈估計值和當前時刻的響應電流矢量，利用狀態(tài)電流觀測模型，獲得超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值；所述容錯控制器用于給定電流矢量、超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值和當前時刻的響應電流矢量，利用容錯控制模型，確定超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量，并將超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量作用于超導電機，使超導電機發(fā)生失超故障下的響應電流矢量等于給定電流矢量，控制超導電機穩(wěn)定運行。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

8、本發(fā)明實施例的一種考慮失超故障的超導電機容錯控制方法及系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)子磁鏈估計模型識別超導電機轉(zhuǎn)子磁鏈的大小，進而利用狀態(tài)電流觀測模型實時計算狀態(tài)電流觀測值，將狀態(tài)電流觀測值作為反饋量，以確定超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量，將超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量作用于超導電機，使響應電流能夠準確跟蹤給定電流，保證超導電機失超后的繼續(xù)運行，從而達到容錯控制的目的，有效解決了超導電機面臨的出現(xiàn)失超故障時的魯棒性控制問題，實現(xiàn)了超導電機的穩(wěn)定運行。

技術特征：

1.一種考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁鏈估計模型為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，構(gòu)建超導電機在失超故障下的狀態(tài)電流觀測模型，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，所述容錯控制模型為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，所述給定電流矢量的確定方法為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，根據(jù)給定電流矢量、超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值和當前時刻的響應電流矢量，利用所述容錯控制模型，確定超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，其特征在于，將超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量作用于超導電機，具體包括：

8.一種考慮失超故障的超導電機容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)應用所述權(quán)利要求1-7任一項所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制方法，所述系統(tǒng)包括：容錯控制器、磁通檢測模塊和狀態(tài)電流觀測模塊；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的考慮失超故障的超導電機容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括：svpwm模塊、變流器、坐標變換模塊和pi控制器；

技術總結(jié)
本發(fā)明公開一種考慮失超故障的超導電機容錯控制方法及系統(tǒng)，屬于電機控制領域。該方法根據(jù)電壓控制矢量和響應電流矢量，利用轉(zhuǎn)子磁鏈估計模型獲得轉(zhuǎn)子磁鏈估計值；若判定超導電機發(fā)生了失超故障，則根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈估計值和響應電流矢量，利用狀態(tài)電流觀測模型，獲得超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值；根據(jù)給定電流矢量、超導電機發(fā)生失超故障下的狀態(tài)電流觀測值和響應電流矢量，利用容錯控制模型，確定超導電機發(fā)生失超故障下的電壓控制矢量；將電壓控制矢量作用于超導電機，使超導電機發(fā)生失超故障下的響應電流矢量等于給定電流矢量。本發(fā)明能夠有效解決超導電機面臨的出現(xiàn)失超故障時的魯棒性控制問題，實現(xiàn)超導電機的穩(wěn)定運行。

技術研發(fā)人員：廖武,黃晟,黃守道,周義非
受保護的技術使用者：湖南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21