一种超临界流体萃取装置及控制方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202210654512.4 | 申请日 | 2022-06-10 | 公开(公告)号 | CN115054943B | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 湖南和广生物科技有限公司; | 发明人 | 吕铭晟; 曾健青; 伍玉林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 超临界 流体 萃取装置及控制方法，本发明装置包括萃取釜和CO2储罐，CO2储罐的输出口与萃取釜的输入口之间通过CO2输出通道相连，CO2储罐的输入口与萃取釜的输出口之间通过CO2回流通道相连，CO2输出通道上 串联 布置有 泵 前 冷凝器 、CO2升压 循环泵 以及加热器，CO2回流通道上串联布置有分离釜组件、 过滤器 以及冷凝器，分离釜组件包括串联连接的至少两级分离釜，CO2回流通道上还设有至少一个用于将CO2回流通道上的回流CO2的 动能 进行回能发电的 能量 回收组件。本发明能够解决 现有技术 中萃取装置的系统能耗大和流体冲击大的缺点，同时提升萃取装置的自动化控制 水 平，确保萃取系统稳定安全地运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超临界流体萃取装置，其特征在于，包括萃取釜和CO2储罐，所述CO2储罐的输出口与萃取釜的输入口之间通过CO2输出通道相连，所述CO2储罐的输入口与萃取釜的输出口之间通过CO2回流通道相连，所述CO2输出通道上串联布置有泵前冷凝器、CO2升压循环泵以及加热器，所述CO2回流通道上串联布置有分离釜组件、过滤器以及冷凝器，所述分离釜组件包括串联连接的至少两级分离釜，所述CO2回流通道上还设有至少一个用于将CO2回流通道上的回流CO2的动能进行回能发电的能量回收组件，所述CO2储罐的入口处设有用于将回流CO2的动能进行回能发电的能量回收组件；所述能量回收组件包括汽轮驱动叶轮、发电机、变流器、变压器和控制单元，所述汽轮驱动叶轮安装布置在CO2回流通道中以用于通过回流CO2驱动汽轮驱动叶转动，所述汽轮驱动叶轮与发电机同轴布置，所述发电机的输出端通过变流器与变压器相连，所述变流器的控制端与控制单元相连，所述发电机、变流器两者容量相同，所述控制单元采用预测级联转速与转矩控制策略控制变流器，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种超临界流体萃取装置及控制方法技术领域背景技术[0002] 超临界流体是指温度和压力超过其临界温度和临界压力时的流体。超临界流体具有许多不同于常规流体的特殊性质，其密度接近于液体，具有类似于液体的溶解性，同时其扩散性能又接近于气体，即具有类似于气体的扩散性。超临界流体在临界点附近温度和压力的微小变化会引起其溶解能力的很大变化。粘度也接近于气体，所以其流动阻力远远低于液体。由于超临界流体所具有的特殊性质，所以可广泛用于萃取和分离过程。尤其是超临界CO2萃取应用于从天然产物中提取有效成分，如农副产品、中草药有效成分的提取，油脂的提取，食物中有害成分的分离等。相比传统水蒸汽蒸馏法、溶剂萃取法，超临界CO2萃取具有提取率高、产品纯度好、安全性好等优势。 [0003] 由于超临界CO2流体萃取过程中常伴随着CO2相态、流体温度和压力的剧烈变化，需要使用大功率的增压、升降温设备，这通常会带来下述两大突出问题：A、频繁的相态(气态与超临界态的循环)、状态变化(温度经常需通过控制使其在不同过程阶段在5℃到50℃之间切换，压力需通过控制使其在不同过程阶段在5Mpa到50MPa之间变化)造成系统能耗过大，设备运行成本过高；B、流体的相态变化造成管内密度的剧烈变化，在等管径回路中会导致减压后的流体流速激增，过快的流速对下一环节产生巨大冲击。比如在萃取环节会冲击物料，导致物料结块，产生沟流，使原料出现很多萃取“死角”，严重影响萃取效率；在分离环节，过快的流体流速会导致介质与活性成分分离不完全，影响成品获得率；在CO2回收环节流速过高将导致密度不稳；流体自过滤的效果不佳。由此可知，如果能对系统过程能量消耗进行有效设计、余能有效回收，同时降低流体减压后阶段的流体流速，将极大提升装备性能，降低使用成本。另外，目前的超临界萃取装置的过程自动控制、管理系统技术发展缓慢，大部分萃取系统控制自动化技术并未得到及时提升，控制自动化系统控制效率低下且开放性不足，故障自动处理能力较差，缺乏容错能力。 发明内容[0004] 本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种超临界流体萃取装置及控制方法，本发明能够解决现有技术中萃取装置的系统能耗大和流体冲击大的缺点，同时提升萃取装置的自动化控制水平，确保萃取系统稳定安全地运行。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： [0006] 一种超临界流体萃取装置，包括萃取釜和CO2储罐，所述CO2储罐的输出口与萃取釜的输入口之间通过CO2输出通道相连，所述CO2储罐的输入口与萃取釜的输出口之间通过CO2回流通道相连，所述CO2输出通道上串联布置有泵前冷凝器、CO2升压循环泵以及加热器，所述CO2回流通道上串联布置有分离釜组件、过滤器以及冷凝器，所述分离釜组件包括串联连接的至少两级分离釜，所述CO2回流通道上还设有至少一个用于将CO2回流通道上的回流CO2的动能进行回能发电的能量回收组件，所述CO2储罐设有用于将回流CO2的动能进行回能发电的能量回收组件。 [0007] 可选地，所述能量回收组件包括汽轮驱动叶轮、发电机、变流器、变压器和控制单元，所述汽轮驱动叶轮安装布置在CO2回流通道中以用于通过回流CO2驱动汽轮驱动叶转动，所述汽轮驱动叶轮与发电机同轴布置，所述发电机的输出端通过变流器与变压器相连，所述变流器的控制端与控制单元相连，所述发电机、变流器两者容量相同。 [0008] 可选地，所述CO2回流通道上位于萃取釜、分离釜组件之间设有一个能量回收组件，且该能量回收组件的汽轮驱动叶轮、发电机之间通过增速箱相连；所述CO2回流通道上位于分离釜组件、过滤器之间设有一个能量回收组件，且该能量回收组件的汽轮驱动叶轮、发电机之间直接驱动连接；所述CO2储罐的入口处的能量回收组件中汽轮驱动叶轮、发电机之间通过增速箱相连。 [0009] 可选地，所述汽轮驱动叶轮的进口侧设有闸门，所述闸门为开度可调闸门或开闭调节闸门。 [0010] 可选地，所述汽轮驱动叶轮带有用于调节汽轮驱动叶轮角度的角度调节组件。 [0011] 可选地，所述分离釜组件中每一级的分离釜包括釜体、设于釜体顶部的釜盖和包裹于釜体外壁的夹套，所述夹套带有夹套进液口和夹套出液口，所述釜体的上部两侧分别设有出口和安装有进气管的进口，进气管的一端伸出釜体外，其另一端伸入釜体内。 [0013] 可选地，所述釜体的底部连接有与其相连通的集液器，所述集液器的底部设有通孔和与其相连通的用于输出萃取物质的连接管。 [0014] 可选地，所述连接管内部插设有热水管，热水管通过连接部件与集液器连接，且所述热水管的热水进口端和热水出口端从集液器的内部穿过通孔并延伸至集液器的外部。 [0015] 此外，本发明还提供一种前述超临界流体萃取装置的控制方法，包括： [0016] 1)将物料放入萃取釜中并关闭萃取釜； [0017] 2)CO2储罐中的CO2经过泵前冷凝器、升压循环泵加压到萃取工艺要求的压力，然后送入加热器，加温到萃取工艺所需温度后形成超临界CO2流体并进入萃取釜； [0018] 3)在萃取釜中，在超临界CO2流体作用下，物料的可溶成分进入超临界CO2流体，得到的含有萃取溶解物的CO2从萃取釜上部出口经高压自动调压阀调节后驱动能量回收组件进行回能发电，然后进入第一级分离釜； [0019] 4)在第一级分离釜中，进入该分离釜的含有萃取溶解物的CO2在分离釜内通过降压与溶解物进行自动分离，一部分溶解物可在分离釜的底部排出并收集；未完全分离的溶解物则继续随CO2从分离釜上部的出口流出，并进入下一级分离釜加热器和分离釜，以此类推，直到CO2经过分离釜组件中所有级的分离釜后驱动能量回收组件进行回能发电，再进入过滤器； [0021] 6)在冷凝器中，净化后的CO2被冷凝后进入CO2储罐以实现CO2的循环利用，同时在CO2储罐中也通过能量回收组件进行能量回收。 [0022] 和现有技术相比，本发明主要具有优点： [0023] 1、本发明的超临界流体萃取装置通过能量回收组件将CO2回流通道上的回流CO2的动能进行回能发电，通过能量回收组件将回流到CO2储罐的CO2的动能进行回能发电，能够解决现有技术中萃取装置的系统能耗大和流体冲击大的缺点，同时提升萃取装置的自动化控制水平，确保萃取系统稳定安全地运行。 [0024] 2、本发明的超临界流体萃取装置通过能量回收组件将CO2回流通道上的回流CO2的动能进行回能发电，通过能量回收组件将回流到CO2储罐的CO2的动能进行回能发电，能够实现能量回收发电，降低萃取系统能耗。附图说明 [0025] 图1为本发明实施例的超临界流体萃取装置结构示意图。 [0026] 图2为本发明实施例中能量回收组件的结构示意图。 [0027] 图3为本发明实施例中分离釜的结构示意图。 [0028] 图4为本发明实施例中故障处理控制的流程图。 [0029] 图5为本发明实施例中采用预测级联转速与转矩控制策略的发电机控制原理图。 具体实施方式[0030] 如图1所示，本实施例的超临界流体萃取装置包括萃取釜2和CO2储罐7，CO2储罐7的输出口与萃取釜2的输入口之间通过CO2输出通道相连，CO2储罐7的输入口与萃取釜2的输出口之间通过CO2回流通道相连，CO2输出通道上串联布置有泵前冷凝器9、CO2升压循环泵1以及加热器8，CO2回流通道上串联布置有分离釜组件4、过滤器5以及冷凝器6，CO2回流通道上还设有至少一个用于将CO2回流通道上的回流CO2的动能进行回能发电的能量回收组件3。此外，CO2储罐7也设有用于将回流CO2的动能进行回能发电的能量回收组件3。 [0031] 本实施例中，分离釜组件4包括串联连接的两级分离釜，此外也可以根据采用更多级的分离釜，以实现CO2及其溶解物的多级分离，已确保分离效果。 [0032] 如图2所示，本实施例中的能量回收组件3包括汽轮驱动叶轮31、发电机33、变流器34、变压器36和控制单元37，汽轮驱动叶轮31安装布置在CO2回流通道中以用于通过回流CO2驱动汽轮驱动叶31转动，汽轮驱动叶轮31与发电机33同轴布置，发电机33的输出端通过变流器34与变压器36相连，变流器34的控制端与控制单元37相连。汽轮驱动叶轮31带动发电机33旋转将机械能转换为幅值和频率变化的交流电能，驱动叶轮机31直接驱动交流永磁发电机进行发电，省去变速环节，提升发电效率；变流器34将发电机33发出的交流电能变换为与内网同频率、同幅值的交流电能最后经变压器36送入内网(内部电网)，从而能够实现能量回收发电，降低萃取系统能耗，通过变流器34进行电能转换，转速变化范围大，可应对流量的大幅变化，始终发电，提高发电量，实现变速恒频发电，输出电能可选择直流或者交流接入内部电源。 [0033] 此外参见图2，本实施例中在汽轮驱动叶轮31与发电机33的连接轴上布置有机械保护装置32(例如采用刹车器等)，用于实现汽轮驱动叶轮31与发电机33的机械保护；变流器34与变压器36之间串联布置有安全保护装置35(例如采用断路器等)，用于实现变流器34与变压器36之间的电气保护。 [0034] 参见图2可知，本实施例中变流器34为双PWM全功率变流器，主要由双向开关整流电路、逆变电路和滤波环节构成，其中双向开关整流电路、逆变电路的电力电子组件采用IGBT结构，以提高系统的效率和可靠性。 [0035] 本实施例中，发电机33、变流器34两者容量相同，协同工作时效果更好，且更安全。 [0036] 作为一种可选的实施方式，汽轮驱动叶轮31的进口侧设有闸门(图中省略)，闸门可根据需要选择为开度可调闸门或开闭调节闸门，优选采用开度可调闸门以实现汽轮驱动叶轮31的进口侧的流量调节，可使得汽轮驱动叶轮31的转速随流量及负荷情况变化将流体冲击能转换为机械能。 [0037] 如图1所示，作为一种具体的实施方式，本实施例中CO2回流通道上位于萃取釜2、分离釜组件4之间设有一个能量回收组件3，CO2回流通道上位于分离釜组件4、过滤器5之间设有一个能量回收组件3。此外，作为对上述方式的进一步改进，基于研究发现安装能量回收组件3的能量回收点的流体特性存在区别，如萃取釜2后的流体质量密度大，但流速慢，分离釜组件4后的流体质量密度中等、流速快，CO2储罐内的流体质量密度低且流速慢，因此本实施例中为了将转速控制在发电机31工作在高效控制区间，针对不同能量回收点的流体特性，采用了不同的汽轮驱动叶轮31、发电机33之间速度传递方式以确保发电机33的高效发电。具体地，本实施例中CO2回流通道上位于萃取釜2、分离釜组件4之间的能量回收组件3的汽轮驱动叶轮31、发电机33之间通过增速箱相连；CO2回流通道上位于分离釜组件4、过滤器5之间的能量回收组件3的汽轮驱动叶轮31、发电机33之间直接驱动连接；CO2储罐7的入口处的能量回收组件3中汽轮驱动叶轮31、发电机33之间通过增速箱相连，从而可更好的将转速控制在发电机31工作在高效控制区间。 [0038] 作为一种可选的实施方式，汽轮驱动叶轮31可带有用于调节汽轮驱动叶轮角度的角度调节组件，可实现汽轮驱动叶轮31的变桨，可使得汽轮驱动叶轮31的转速随流量及负荷情况变化将流体冲击能转换为机械能。由于角度调节组件为水轮机和风力发电机的现有结构，故其详细实现在此不再详细说明。轮驱动叶轮31的闸门及转轮叶片调节控制端、发电机33的励磁系统控制端、变流器34的控制端分别与控制单元37相连，控制单元37控制同步发电机的励磁系统的励磁电流为恒定值。 [0039] 如图3所示，分离釜组件4中每一级的分离釜包括釜体19、设于釜体19顶部的釜盖和包裹于釜体19外壁的夹套20，夹套20带有夹套进液口21和夹套出液口27，釜体19的上部两侧分别设有出口23和安装有进气管的进口22，出口23与端部设于釜体19中部的分离筒25(用于实现分离后的CO2排出)连通，进气管的一端伸出釜体19外，其另一端伸入釜体19内。图中，釜体19的中下部设有防冲板26，用于阻挡分离筒25的入口，防止CO2直接冲入分离筒 25中排出，以提升萃取效果。 [0040] 如图3所示，釜体19内部设有用于形成旋转风道的螺旋格栅24，用于形成旋转风道以减缓流体流速并延长分离路径、使其中萃取物质充分分离。 [0041] 如图3所示，釜体19的底部连接有与其相连通的集液器，集液器的底部设有通孔和与其相连通的用于输出萃取物质的连接管。 [0042] 如图3所示，连接管内部插设有热水管28，热水管28通过连接部件与集液器连接，且热水管的热水进口端和热水出口端从集液器的内部穿过通孔并延伸至集液器的外部。通过热水管28对积存于集液器内的粘性较大的萃取物质进行加热，可有效控制粘性较大的萃取物质转变成易流动的状态，避免了直接采用夹套对萃取物质进行加热时的能耗损失，同时防止萃取物质粘附于釜体内壁的现象，提高了分离效率和分离效果。热水管28与本实施例的冷热水循环系统(如图2所示)连接，冷热水循环系统包括水塔、管路、换热器和冷热双源机组等，冷热水循环系统用于使热量在萃取装置中传递并及时调节萃取系统中一些部件的温度，冷热水循环系统可以是任何能实现上述目的的系统，本实施例不对其结构做具体限制。 [0043] 此外，本实施例还提供一种前述超临界流体萃取装置的控制方法包括： [0044] 1)将物料放入萃取釜2中并关闭萃取釜2；需要说明的是，将物料放入萃取釜2中之前，一般需要根据原料本身的特性及品质，对原料进行检查、整理；并根据萃取要求，对原料进行预处理，原料的预处理一般包括除杂、粉碎或轧片处理。将预处理后的原料装入物料桶，通过物料桶放入萃取釜2中并稳妥关闭萃取釜2的上盖即可。 [0045] 2)CO2储罐7中的CO2经过泵前冷凝器9、CO2升压循环泵1加压到萃取工艺要求的压力，然后送入加热器8，加温到萃取工艺所需温度后形成超临界CO2流体并进入萃取釜2； [0046] 3)在萃取釜2中，在超临界CO2流体作用下，物料的可溶成分进入超临界CO2流体，得到的含有萃取溶解物的CO2从萃取釜2上部出口经高压自动调压阀(用于保证萃取釜内压力符合萃取工艺压力)调节后驱动能量回收组件3进行回能发电，然后进入第一级分离釜； [0047] 4)在第一级分离釜中，进入该分离釜的含有萃取溶解物的CO2在分离釜内通过降压与溶解物进行自动分离，一部分溶解物可在分离釜的底部排出并收集；未完全分离的溶解物则继续随CO2从分离釜上部的出口流出，并进入下一级分离釜加热器8和分离釜，以此类推，直到CO2经过分离釜组件4中所有级的分离釜后驱动能量回收组件3进行回能发电，再进入过滤器5； [0048] 5)在过滤器5中，CO2携带的杂质被过滤净化，净化后的CO2被送入冷凝器6； [0049] 6)在冷凝器6中，净化后的CO2被冷凝后进入CO2储罐7以实现CO2的循环利用，同时在CO2储罐7中也通过能量回收组件进行能量回收。 [0050] 步骤1)将物料放入萃取釜2中时，萃取釜2带有机电联合的釜盖安全联锁方法，萃取釜2的釜盖开启必须要求萃取釜2内的压力为“0”，釜盖操作台上电，即可操作；萃取釜2的釜盖关闭，安全锁销到位，提示关闭到位，才能进行下一步工作。 [0051] 本实施例中，萃取控制系统包括故障分析及处理软件，可以收集电气故障传感器和机械故障传感器信号，并进行相应故障特征信号提取，运用海量数据并行计算处理支撑环境、并行编程模型、基于机器学习的智能交互式设备健康评估与预警模型库以及面向超临界萃取和分布式机器学习算法库等多种技术，对历史数据进行分析、训练，对实时数据流进行在线监控和预警，进行故障分析诊断并采取相应措施。如图4所示，本实施例中超临界流体萃取装置的控制方法还包括对超临界流体萃取装置的故障处理： [0052] A1)分别采集超临界流体萃取装置的机械信号和电气信号，主要包括：各阀门开度、阀门开启速度、萃取釜进口压力、萃取釜出口压力、分离釜进口压力、分离釜出口压力、CO2主泵出口压力(CO2升压循环泵1的出口压力)、主泵频率(CO2升压循环泵1的频率)、尾气回收压力(尾气回收压缩机的前段压力)、萃取釜水浴温度、分离釜温度、主泵质量流量(升压循环泵1的质量流量)、储罐液位(CO2储罐7的液位)、发电机33的转子位置信号、速度信号(发电机33的转速信号)；本实施例中，用于进行故障处理的萃取控制系统包括主控制器和存储模块，前述采集超临界流体萃取装置的机械信号和电气信号通过主控制器和存储模块实现。 [0053] A2)分别对采集得到的机械信号和电气信号进行处理(进行时域分析和频域分析)，提取特征信号频率、幅值和相位；需要说明的是，通过进行时域分析和频域分析提取特征信号频率、幅值和相位为常规的信号处理方法，故其具体实现在此不再详细说明。 [0054] A3)分别将指定的机械信号和电气信号的特征信号频率、幅值和相位和给定的运行设定值及安全范围值进行对比，如果两者符合则判定系统正常，跳转执行步骤A1)；否则判定为系统故障，并跳转执行步骤A4)； [0055] 本实施例中，步骤A3)中分别将机械信号和电气信号的特征信号频率、幅值和相位和给定的运行设定值及安全范围值进行对比时，涉及的系统故障类型主要包括： [0057] b、系统超压保护(萃取釜超高压、分离釜超压、精馏柱超压、主泵超压)； [0058] c、主要液位信号判断(萃取热水罐液位低、分离釜热水罐液位低、精馏柱热水罐液位低、冷水液位低)； [0059] d、阀门运行信号判断(阀门开度、速度)； [0060] e、萃取釜快开保护(位置值、釜内压力值)； [0062] 本实施例中，进行大数据云平台故障分析及处理软件进行故障类型、位置辨识、容错运行分析包括：提取特征信号频率、幅值、相位的多种指定的特征信息，将提取得到的多种特征信息输入机器学习故障检测模型进行故障检测，从而确定萃取系统当前的故障信息，所述机器学习故障检测模型被训练包含多种特征信息及其对应的故障之间的映射关系。其中，多种指定的特征信息包括时间特征、密度特征、特征信号种类、模式特征、指定关键性能指标数据的特性矩阵中的至少一种；机器学习故障检测模型为回归分析模型、AP聚类算法模型、神经网络模型、元胞自动机算法模型中的一种。需要说明的是，提取特征信号频率、幅值、相位的多种指定的特征信息以及将提取得到的多种特征信息输入机器学习故障检测模型进行故障检测均可通过大数据云平台故障分析及处理软件实现的，步骤A4)中只需要将特征信号频率、幅值、相位上传到大数据云平台故障分析及处理软件，所述大数据云平台故障分析及处理软件提取特征信号频率、幅值、相位的多种指定的特征信息，并将提取得到的多种特征信息输入机器学习故障检测模型进行故障检测，从而确定萃取系统当前的故障信息。 [0063] A5)判断故障是否需要立即处理，如果需要立即处理，则启动机械保护装置32和安全保护装置35(机械或电气应急回路)，以进行相应故障处理；否则，进行计划性检修安排即可。 [0064] 通过上述故障处理，可实现对电控系统、上位机、触摸屏、保护阀门、调节阀门、断路器、变频器等进行了全方位保护，可以根据不同萃取工艺参数设置不同的保护范围值，并通过运行状态监测，对当前系统运行状态进行识别与预测，对异常行为分别执行系统提示报警、程序互锁、系统停机等操作。 [0065] 如图5所示，本实施例中驱动能量回收组件3进行回能发电时，包括控制单元37采用预测级联转速与转矩控制策略控制变流器34的步骤： [0066] B1)采集发电机33的三相输出电流iabc并通过坐标转换得到dq轴电流id(k)和iq(k)； [0067] B2)基于当前时刻k的dq轴电流id(k)和iq(k)进行定子磁链‑转矩预测，得到下一时刻k+1的磁链预测值ψsj(k+1)以及下一时刻k+1的转矩预测值Te(k+1)；基于当前时刻k的dq轴电流id(k)和iq(k)通过未知转矩扰动观测器观测得到观测转矩 即： [0068] [0069] 上式中，J为转动惯量，np为极对数，Uω(k)为滑模控制函数。 [0070] 再采用MTPA策略进行预测速度控制，得到磁链参考值 和转矩参考值 [0071] 进行定子磁链‑转矩预测，得到下一时刻k+1的磁链预测值ψsj(k+1)的函数表达式为： [0072] [0073] 上式中，ψd(k+1)和ψq(k+1)为k+1时刻d、q轴磁链预测值。 [0074] 发电机33的离散状态方程可表示为： [0075] [0076] 上式中，ud(k)和uq(k)为k时刻d、q轴电压值，Lo为定子电感，Ts为周期时间，id(k+1)和iq(k+1)为发电机33在k+1时刻的d和q轴电流，Ro为定子电阻，id(k)和iq(k)为发电机33在k时刻的d和q轴电流，ωe(k)为发电机33的转子转速。根据该方程，可以得到发电机33的定子磁链状态的预测方程： [0077] [0078] 上式中，ψd(k)和ψq(k)为发电机33在当前时刻k的d、q轴磁链。 [0079] 因此，发电机33的d轴和q轴电压方程可以改写为： [0080] [0081] 根据上述方程，可得到在下一时刻k+1的发电机33的定子磁链预测方程。 [0082] 发电机33的q轴电流预测方程为： [0083] [0084] 基于发电机33的q轴电流预测方程，进行定子磁链‑转矩预测得到下一时刻k+1的转矩预测值Te(k+1)的函数表达式为： [0085] [0086] 其中，采用MTPA策略进行预测速度控制，得到磁链参考值 和转矩参考值 的函数表达式为： [0087] [0088] 上式中，ψd、ψq分别为dq轴磁链，ψro为磁链，Lo为定子电感，N为电机个数，np为极对数。 [0089] B3)采用预设的代价函数计算磁链参考值 和转矩参考值 以及下一时刻k+1的磁链预测值ψs(k+1)以及下一时刻k+1的转矩预测值Te(k+1)之间的代价，根据计算得到的代价控制变流器34。其中，代价函数的函数表达式为： [0090] [0091] 上式中，g表示代价函数，kψ是加权系数。 [0092] 需要说明的是，根据计算得到的代价控制变流器34可根据现有的各类控制方法，例如采用PID控制器等，其具体实现方法在本实施例中不再展开说明。 [0093] 本实施例中控制单元37采用预测级联转速与转矩控制策略控制变流器34的步骤中可在流体冲击大幅变化的过程中，最大化跟踪最优发电曲线，提高能量回收组件3的性能。控制单元37采用预测级联转速与转矩控制策略控制变流器34的步骤中，以定子磁链‑转矩预测、采用MTPA策略进行预测速度控制的预测转速控制来构成级联结构，提升了多模块永磁同步电机(发电机33)的动静态响应和跟踪性能。 [0094] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 [0095] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈