一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法及系统

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法及系统。

背景技术：

1、超导体具有零电阻特性、迈斯纳(meissner)效应和约瑟夫森(josephson)效应这三大基本特性，临界温度、临界磁场以及临界电流是超导体的三个重要参数。温度、磁场及电流中的任一参数超过临界值，超导磁体都会发生相变，成为常导体，此过程称为失超。

2、超导电机功率密度大，能有效解决传统风机扩容瓶颈。对于远海风场而言，超导电机的运输与吊装成本将远低于沉重的传统风机；另外，中国的二代高温超导材料性能处于世界前列，而价格已接近同性能铜线。以超导电机为代表的应用超导产品产业化格局日益显现。

3、由于某些原因，高温超导材料的局部可能会出现温度、磁场或者电流超过临界值的情况，该区域就会退出超导态转变为正常态，如果该区域之后迅速恢复到超导态，这一过程被称为可恢复性失超；如果该区域一直处于正常态，而且正常态向周围超导态的区域进行传播，导致正常态区域不断扩大，这一过程被称为不可恢复性失超。

4、高温超导风力发电机励磁线圈额定工作于恒定直流下，直流工况下，线圈的临界电流值大小是评价线圈工作性能的重要指标参数之一。当励磁线圈的运行电流超过其临界电流时，励磁线圈将会面临失超带来的危险，会对高温超导电机的稳定安全运行造成严重影响。超导电机发生失超时，超导体从电阻为零的超导态转变到了电阻相当高的正常态，励磁电流急剧减少，因此电机转子产生的磁链随之降低，定子电流会受到电流限制，导致故障电机的承载能力损失，电机减速。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法及系统，能够有效解决超导电机面临的出现失超故障时的鲁棒性控制问题，实现超导电机的稳定运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法，包括：

4、建立转子磁链估计模型；构建超导电机在失超故障下的状态电流观测模型；建立超导电机在失超故障下的容错控制模型；根据当前时刻的电压控制矢量和当前时刻的响应电流矢量，利用所述转子磁链估计模型，获得当前时刻的转子磁链估计值；若当前时刻的转子磁链估计值与前一时刻的转子磁链估计值差值较大，则判定超导电机发生了失超故障；根据当前时刻的转子磁链估计值和当前时刻的响应电流矢量，利用所述状态电流观测模型，获得超导电机发生失超故障下的状态电流观测值；根据给定电流矢量、超导电机发生失超故障下的状态电流观测值和当前时刻的响应电流矢量，利用所述容错控制模型，确定超导电机发生失超故障下的电压控制矢量；将超导电机发生失超故障下的电压控制矢量作用于超导电机，使超导电机发生失超故障下的响应电流矢量等于给定电流矢量，控制超导电机稳定运行。

5、一种考虑失超故障的超导电机容错控制系统，所述系统包括：容错控制器、磁通检测模块和状态电流观测模块。

6、磁通检测模块分别与容错控制器和状态电流观测模块连接；状态电流观测模块与容错控制器连接；所述磁通检测模块用于根据每个时刻的响应电流矢量以及容错控制器输出的电压控制矢量，进行磁通检测，获得每个时刻的转子磁链估计值，并在当前时刻的转子磁链估计值与前一时刻的转子磁链估计值不同时，判定超导电机发生了失超故障，将当前时刻的转子磁链估计值传输至状态电流观测模块；所述状态电流观测模块用于根据当前时刻的转子磁链估计值和当前时刻的响应电流矢量，利用状态电流观测模型，获得超导电机发生失超故障下的状态电流观测值；所述容错控制器用于给定电流矢量、超导电机发生失超故障下的状态电流观测值和当前时刻的响应电流矢量，利用容错控制模型，确定超导电机发生失超故障下的电压控制矢量，并将超导电机发生失超故障下的电压控制矢量作用于超导电机，使超导电机发生失超故障下的响应电流矢量等于给定电流矢量，控制超导电机稳定运行。

7、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

8、本发明实施例的一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法及系统，通过转子磁链估计模型识别超导电机转子磁链的大小，进而利用状态电流观测模型实时计算状态电流观测值，将状态电流观测值作为反馈量，以确定超导电机发生失超故障下的电压控制矢量，将超导电机发生失超故障下的电压控制矢量作用于超导电机，使响应电流能够准确跟踪给定电流，保证超导电机失超后的继续运行，从而达到容错控制的目的，有效解决了超导电机面临的出现失超故障时的鲁棒性控制问题，实现了超导电机的稳定运行。

技术特征：

1.一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，所述转子磁链估计模型为：

3.根据权利要求1所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，构建超导电机在失超故障下的状态电流观测模型，具体包括：

4.根据权利要求1所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，所述容错控制模型为：

5.根据权利要求1所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，所述给定电流矢量的确定方法为：

6.根据权利要求1所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，根据给定电流矢量、超导电机发生失超故障下的状态电流观测值和当前时刻的响应电流矢量，利用所述容错控制模型，确定超导电机发生失超故障下的电压控制矢量，具体包括：

7.根据权利要求1所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，其特征在于，将超导电机发生失超故障下的电压控制矢量作用于超导电机，具体包括：

8.一种考虑失超故障的超导电机容错控制系统，其特征在于，所述系统应用所述权利要求1-7任一项所述的考虑失超故障的超导电机容错控制方法，所述系统包括：容错控制器、磁通检测模块和状态电流观测模块；

9.根据权利要求8所述的考虑失超故障的超导电机容错控制系统，其特征在于，所述系统还包括：svpwm模块、变流器、坐标变换模块和pi控制器；

技术总结
本发明公开一种考虑失超故障的超导电机容错控制方法及系统，属于电机控制领域。该方法根据电压控制矢量和响应电流矢量，利用转子磁链估计模型获得转子磁链估计值；若判定超导电机发生了失超故障，则根据转子磁链估计值和响应电流矢量，利用状态电流观测模型，获得超导电机发生失超故障下的状态电流观测值；根据给定电流矢量、超导电机发生失超故障下的状态电流观测值和响应电流矢量，利用容错控制模型，确定超导电机发生失超故障下的电压控制矢量；将电压控制矢量作用于超导电机，使超导电机发生失超故障下的响应电流矢量等于给定电流矢量。本发明能够有效解决超导电机面临的出现失超故障时的鲁棒性控制问题，实现超导电机的稳定运行。

技术研发人员：廖武,黄晟,黄守道,周义非
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21