飞轮电机初始角度确定方法及飞轮电机系统与流程

1.本发明涉及飞轮储能技术领域，尤其是涉及一种飞轮电机初始角度确定方法及飞轮电机系统。


背景技术：

2.飞轮电机是飞轮储能系统中非常关键的部件，起着电能和动能之间相互转化的作用。通常，飞轮储能系统所采用的电机多为交流电机，包括异步感应电机、永磁同步电机、感应子电机、同步磁阻电机等，这些电机在机侧变流器作用下，通常采用矢量控制、直接转矩控制等控制方法。在这些控制方法中，获取电机实时角度信息是其中的必要过程。在获得电机角度信息后，必须精确获取电机的初始角度，否则会出现电机失速、无法输出有效功率等问题。
3.现有获取电机初始角度的方法可以通过直接测量或者间接估计的方式，但多数现有技术得到的初始角度确定结果一般精度较低，并不适用于飞轮高速运行场景。因此，如何确定飞轮电机的初始角度问题仍亟待解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种飞轮电机初始角度确定方法及飞轮电机系统，以提升飞轮电机初始角度的确定精度。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种飞轮电机初始角度的确定方法，其中，包括：获取飞轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值；控制该飞轮电机以该稳态值以及预设转速运行，直到该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零；获取直轴电压、交轴电压以及该飞轮电机的电压饱和系数；根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度。
6.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，获取飞轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值的步骤包括：控制该飞轮电机在静止状态下以不同初始角度启动；当该飞轮电机实时旋转角度处于稳态时，获取该飞轮电机的实时旋转角度；根据该飞轮电机的实时旋转角度，确定该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值。
7.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据该飞轮电机的实时旋转角度，确定该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值的步骤，包括：根据该飞轮电机的实时旋转角度，计算该轮电机的实时旋转角度的平均值；将该轮电机的实时旋转角度的平均值，确定为该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值。
8.结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该飞轮电机的实时旋转角度的取值为n组，根据下述公式计算该轮
电机的实时旋转角度的平均值：其中，表示该轮电机的实时旋转角度的平均值，表示该轮电机的实时旋转角度第i次的数值，n表示获取该轮电机的实时旋转角度的次数，i表示第i次获取所述轮电机的实时旋转角度。
9.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，获取该飞轮电机的电压饱和系数的步骤包括：获取该飞轮电机的反电势值以及该飞轮电机的变流器直排母线电压值；根据该反电势值以及该变流器直排母线电压值，计算该飞轮电机的电压饱和系数。
10.结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度的步骤，包括：根据该直轴电压、该交轴电压，确定该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值；计算该最大值和该电压饱和系数的差值；基于该差值确定该飞轮电机的初始角度。
11.结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，基于该差值确定该飞轮电机的初始角度的步骤，包括：如果该差值为零，则将该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值确定为该飞轮电机的初始角度；如果该差值大于预设阈值，则以第一预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值，得到第一稳态值；以该第一稳态值启动该飞轮电机，直到该第一稳态值对应的该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值与该电压饱和系数相等，将该第一稳态值，确定为该飞轮电机的初始角度；如果该差值小于预设阈值，则以第二预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值，得到第二稳态值；以该第二稳态值启动该飞轮电机，直到该第二稳态值对应的该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值与该电压饱和系数相等，将该第二稳态值，确定为该飞轮电机的初始角度。
12.结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据下述公式计算该飞轮电机的电压饱和系数：其中，m表示该飞轮电机的电压饱和系数，vr表示该反电势值，v
dc
表示该飞轮电机的变流器直排母线电压值。
13.结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，该不同初始角度的取值范围为：0～360
°
。
14.第二方面，本发明实施例提供了一种飞轮电机系统，其中，该系统包括依次连接的控制器、飞轮电机、旋转变压器和解码器；该控制器存储有能够被执行的计算机可执行指令，该控制器用于执行该计算机可执行指令以实现第一方面至第一方面的第八种可能的实施方式任一项该的飞轮电机初始角度的确定方法；该旋转变压器用于获取该飞轮电机的旋转角度；该解码器用于将该飞轮电机的旋转角度进行解码后输出。
15.本发明实施例带来了以下有益效果：
16.本发明提供的一种飞轮电机初始角度确定方法及飞轮电机系统，该方法包括：获
取飞轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值；控制该飞轮电机以该稳态值以及预设转速运行，直到该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零；获取直轴电压、交轴电压以及该飞轮电机的电压饱和系数；根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度。该方法通过轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度，以适应飞轮电机高速旋转的应用场景，从而提升了飞轮电机初始角度的确定精度。
17.本实施例公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
18.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的一种飞轮电机初始角度确定方法的流程示意图；
21.图2为本发明实施例提供的另一种飞轮电机初始角度确定方法的流程示意图；
22.图3为本发明实施例提供的一种飞轮电机系统结构示意图；
23.图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
24.图标：31-控制器；32-飞轮电机；33-旋转变压器；34-解码器；41-存储器；42-处理器；43-总线；44-通信接口。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.现有获取电机初始角度的方法可以通过直接测量或者间接估计的方式，但多数现有技术得到的初始角度确定结果一般精度较低，并不适用于飞轮高速运行场景。因此，如何确定飞轮电机的初始角度问题仍亟待解决。
27.基于此，本发明实施例提供了一种飞轮电机初始角度确定方法及飞轮电机系统，该技术可以缓解上述技术问题，该技术通过轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度，以适应飞轮电机高速旋转的应用场景，从而提升了飞轮电机初始角度的确定精度。为便于对本发明实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种飞轮电机初始角度确定方法进行详细介绍。
28.实施例1
29.如图1所示，为本发明实施例提供的一种飞轮电机初始角度确定方法的流程示意
图。
30.步骤s101：获取飞轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值。
31.在本实施例中，上述步骤s101称为静态辨识步骤，即在飞轮电机处于精准状态时，给定该飞轮电机一个初始矢量，然后通过飞轮储能装置中的变流器驱动电机跟踪该矢量，直到该飞轮电机转速降至零附近和实时旋转角度信息基本不跳动时，获取该稳态值。
32.在其中的一种实施方式中，该不同初始角度的取值范围为：0～360
°
，即上述初始矢量的取值范围为0～1。
33.步骤s102：控制该飞轮电机以该稳态值以及预设转速运行，直到该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零。
34.步骤s103：获取直轴电压、交轴电压以及该飞轮电机的电压饱和系数。
35.在本实施例中，当该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零时，此时，将上述变流器停机，立刻用万用表测量此时该飞轮电机的反电势值，并测量该变流器直流母排的电压值，以根据该反电势值与该变流器直流母排的电压值的比值，确定为该飞轮电机的电压饱和系数。
36.步骤s104：根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度。
37.在实际的操作中，首先将该飞轮电机的电压饱和系数与该直轴电压和该交轴电压中绝对值最大的值做比较。如果该飞轮电机的电压饱和系数与该直轴电压和该交轴电压中绝对值最大的值不相等，则调整该轮电机的实时旋转角度的稳态值，并以调整后的该稳态值启动该飞轮电机，直至该飞轮电机的转速达到预设转速，并且直至该直轴电压和该交轴电压中的绝对值最大的值与电压饱和系数值m相等，从而将调整后的该稳态值确定为该飞轮电机的初始角度。如果该飞轮电机的电压饱和系数与该直轴电压和该交轴电压中绝对值最大的值相等，则直接将该稳态值确定为该飞轮电机的初始角度。
38.本发明实施例提供的一种飞轮电机初始角度确定方法，该方法包括：获取飞轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值；控制该飞轮电机以该稳态值以及预设转速运行，直到该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零；获取直轴电压、交轴电压以及该飞轮电机的电压饱和系数；根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度。该方法通过轮电机以不同初始角度启动后的实时旋转角度的稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度，以适应飞轮电机高速旋转的应用场景，从而提升了飞轮电机初始角度的确定精度。
39.实施例2
40.在图1所示方法的基础上，本发明还提供了另一种飞轮电机初始角度确定方法。如图2所示，为本发明实施例提供的另一种飞轮电机初始角度确定方法的流程示意图。
41.步骤s201：控制该飞轮电机在静止状态下以不同初始角度启动。
42.步骤s202：当该飞轮电机实时旋转角度处于稳态时，获取该飞轮电机的实时旋转角度。
43.步骤s203：根据该飞轮电机的实时旋转角度，确定该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值。
44.在本实施例中，上述s203包括下述步骤a1-a2：
45.步骤a1：根据该飞轮电机的实时旋转角度，计算该轮电机的实时旋转角度的平均值。
46.具体的，该飞轮电机的实时旋转角度的取值为n组，根据下述公式计算所述轮电机的实时旋转角度的平均值：
[0047][0048]
其中，表示该轮电机的实时旋转角度的平均值，表示该轮电机的实时旋转角度第i次的数值，n表示获取该轮电机的实时旋转角度的次数，i表示第i次获取该轮电机的实时旋转角度。
[0049]
步骤a2：将该轮电机的实时旋转角度的平均值，确定为该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值。
[0050]
步骤s204：控制该飞轮电机以该稳态值以及预设转速运行，直到该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零。
[0051]
步骤s205：获取该直轴电压、交轴电压以及该飞轮电机的电压饱和系数。
[0052]
其中，获取该飞轮电机的电压饱和系数的包括下述步骤b1-b2：
[0053]
步骤b1：获取该飞轮电机的反电势值以及该飞轮电机的变流器直排母线电压值。
[0054]
步骤b2：根据该反电势值以及该变流器直排母线电压值，计算该飞轮电机的电压饱和系数。
[0055]
在其中的一种实施方式中，根据下述公式计算该飞轮电机的电压饱和系数：
[0056][0057]
其中，m表示该飞轮电机的电压饱和系数，vr表示该反电势值，v
dc
表示该飞轮电机的变流器直排母线电压值。
[0058]
步骤s206：根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度。
[0059]
在本实施例中，上述步骤s205包括下述步骤c1-c3:
[0060]
步骤c1：根据该直轴电压、该交轴电压，确定该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值。
[0061]
步骤c2：计算该最大值和该电压饱和系数的差值。
[0062]
步骤c3：基于该差值确定该飞轮电机的初始角度。
[0063]
在实际的操作中，上述步骤c3包括下述情况：
[0064]
如果该差值为零，则将该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值确定为该轮电机的初始角度。
[0065]
如果该差值大于预设阈值，则以第一预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值，得到第一稳态值；以该第一稳态值启动该轮电机，直到该第一稳态值对应的该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值与该电压饱和系数相等，将该第一稳态值，确定为该飞轮电机的初始角度。
[0066]
如果该差值小于预设阈值，则以第二预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值，得到第二稳态值；以该第二稳态值启动该飞轮电机，直到该第二稳态值对应的该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值与该电压饱和系数相等，将该第二稳态值，确定为该飞轮电机的初始角度。
[0067]
这里，上述第一预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值的步骤包括：将第一预设系数与所述该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值相乘，得到该第一稳态值。如果以该第一稳态值启动该轮电机，该第一稳态值对应的该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值与该电压饱和系数不相等，则继续重复上述调整动作，直到该第一稳态值对应的该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值与该电压饱和系数相等。相似的，上述对第二预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值的步骤与上述第一预设系数调整该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值的步骤原理一致，不再赘述。
[0068]
换言之，如果发现该直轴电压的绝对值以及该交轴电压的绝对值中的最大值和该电压饱和系数的差值越来越大，则不断减小该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值，反之不断增加该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值。
[0069]
本发明实施例提供的一种飞轮电机初始角度确定方法，该方法包括：控制该飞轮电机在静止状态下以不同初始角度启动；该飞轮电机实时旋转角度处于稳态时，获取该飞轮电机的实时旋转角度；根据该飞轮电机的实时旋转角度，确定该飞轮电机的实时旋转角度的稳态值；控制该飞轮电机以该稳态值以及预设转速运行，直到该飞轮电机的直轴电流和交轴电流均为零；获取直轴电压、交轴电压以及该飞轮电机的电压饱和系数；根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度。该方法通过调整飞轮电机启动时的旋转角度的稳态值，然后根据该稳态值、该直轴电压、该交轴电压以及该电压饱和系数确定该飞轮电机的初始角度，以适应飞轮电机高速旋转的应用场景，进一步提升了飞轮电机初始角度的确定精度。
[0070]
实施例3
[0071]
本发明实施例还提供了一种飞轮电机系统，如图3所示，为本发明实施例提供的一种飞轮电机系统结构示意图，该系统包括依次连接的控制器31、飞轮电机32、旋转变压器33和解码器34。
[0072]
该控制器31存储有能够被执行的计算机可执行指令，该控制器用于执行所述计算机可执行指令以实现实施例1中的飞轮电机初始角度的确定方法。
[0073]
该旋转变压器33用于获取该飞轮电机的旋转角度；
[0074]
该解码器34用于将该飞轮电机32的旋转角度进行解码后输出。
[0075]
本发明实施例提供的飞轮电机的飞轮电机系统，与上述实施例提供的飞轮电机初始角度的确定方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
[0076]
实施例4
[0077]
本实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行该计算机可执行指令以实现飞轮电机初始角度的确定方法的步骤。
[0078]
参见图4所示的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括：存储器41、处理器
42，存储器中存储有可在处理器42上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述飞轮电机初始角度的确定方法提供的步骤。
[0079]
如图4所示，该设备还包括：总线43和通信接口44，处理器42、通信接口44和存储器41通过总线43连接；处理器42用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。
[0080]
其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器(ram，random access memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口44(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
[0081]
总线43可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0082]
其中，存储器41用于存储程序，处理器42在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明任一实施例揭示飞轮电机系统所执行的方法可以应用于处理器42中，或者由处理器42实现。处理器42可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器42中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器42可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器42读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0083]
进一步地，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器42调用和执行时，机器可执行指令促使处理器42实现上述飞轮电机初始角度的确定方法。
[0084]
本发明实施例提供的飞轮电机初始角度的确定方法和飞轮电机系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
[0085]
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0086]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。