在資源和環境的壓力下，傳統能源發展受到限制，新能源技術在時代要求和政策支持下，迅猛發展。隨著可再生能源在電力系統中的占比越來越大，儲能技術隨之逐步發展更新，先進儲能技術已成為新能源發展的重要基礎。不同的運用場景對儲能裝置需求不同，需要儲能技術多元化發展，有自己的特點和優勢。

機械彈性儲能是一種比較新穎的儲能方式，屬于物理儲能的范疇，其復雜的運行特性需要可靠的執行機構保證整個儲能系統的安全高效。永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）以其結構緊湊、效率高、高轉矩電流體積比等優點被選為機械彈性儲能系統的執行機構。

機械彈性儲能可用于惡劣環境下短時間大功率儲發場合，比如：①地鐵再生制動能量儲發裝置，地鐵制動能回收再利用場合變化因素多，工況復雜，需儲能控制系統有較強的自適應調節能力；②低溫或高溫環境下車輛的起動電源，此工況下PMSM參數會發生漂移；③抽油機能量回收再利用裝置，抽油機常位于野外，而且負荷特性復雜，這種工況兼具①和②的特點。

上述應用場合均要求儲能系統有較高的可靠性，結合該儲能系統儲能單元（機械彈性儲能箱）固有的復雜運行特性，需要針對性地設計強魯棒性控制算法，同時需要辨識PMSM參數實際值以便對控制變量進行修正，從而保證整個儲能系統的安全高效。

反推控制是一種非線性反饋遞推設計方法，易與各種不同的控制策略結合使用，通過反推控制器取代常規控制策略所采用的PI控制器，能在保留原控制策略優點的基礎上進一步提高原控制策略的性能，選為本系統的控制算法。

PMSM的控制策略主要有直接轉矩控制和矢量控制兩種。直接轉矩控制響應快，但存在起動時有沖擊電流、轉矩和磁鏈脈動較大、逆變器開關頻率不恒定等問題。

文獻[14]將反推控制算法和直接轉矩控制策略相結合設計了一套控制方法，文獻[15]在文獻[14]基礎上，根據系統需求增加了辨識算法，在辨識結果的基礎上設計了辨識誤差自適應直接轉矩控制策略，一定程度地解決了所提控制問題，但是這種控制方法的推導異常復雜。

究其原因：一方面是控制系統建立在兩相靜止坐標系下，未完全解耦；另一方面是整個控制系統采用先辨識后控制的思想，辨識算法和控制算法采用兩套不同的算法，加大了控制系統的復雜程度。矢量控制具有高精度、高動態性能等優點，而且其系統建立在兩相旋轉坐標系下，已完全解耦，系統表達簡潔，這在結合反推控制算法針對機械彈性儲能箱獨有特點進行特殊設計時具有天然的優勢。

已有研究將反推控制算法應用于id=0的PMSM矢量控制中，并有一些學者在此基礎上作了一些改進，比如采用模糊算法來優化控制參數，結合Luenberger觀測器設計無速度傳感器PMSM反推控制算法，文獻[20]通過擴展Kalman濾波（Extended Kalman Filter, EKF）觀測器實現了PMSM無速度傳感器強魯棒控制，文獻[21]通過預測函數和擴展狀態觀測器實現了PMSM精確伺服控制。

這些控制方法大都是在負載轉矩恒定或存在階躍性突變，同時負載轉動慣量恒定的條件下設計完成。但機械彈性儲能箱在運行時轉矩和轉動慣量同時連續變化，已有的控制方法并不適用。

本文結合反推控制算法和矢量控制策略提出了一種機械彈性儲能參數辨識自適應調速控制方法。該方法的構建思路為：針對機械彈性儲能箱特性，通過構造新穎的Lyapunov函數，設計轉矩和轉動慣量自適應反推控制算法；同時考慮到機組長時間運行時溫度升高等引起的PMSM參數偏移問題，增加遺忘因子遞推最小二乘（Forgetting Factor Recursive Least Squares, FFRLS）辨識算法實時在線更新PMSM參數，以保證控制系統有足夠高的準確度，辨識算法和反推自適應控制算法相結合，便構成了系統全部關鍵參數強魯棒性控制方法。

仿真分析和實驗研究表明，本方法在系統運行時能保證轉速的精確快速跟蹤，同時能有效抑制PMSM參數變化帶來的不利影響，適用于機械彈性儲能場合。

圖1 機械彈性儲能系統結構示意圖

圖4 機械彈性儲能系統各部分組成

結論

本文基于新穎的Lyapunov函數的設計，提出了一種基于反推控制的機械彈性儲能轉矩轉動慣量自適應調速控制方法，同時考慮到PMSM參數變化給系統帶來的不利影響，將FFRLS辨識算法引入到控制系統中以增加轉速跟蹤的精確性。

仿真和實驗結果驗證了所提方法適用于機械彈性儲能系統，與基于PI矢量控制和反推矢量控制相比，本文所提方法有最快的收斂速度、最短的調整時間以及最少的脈動，同時能在PMSM參數變化時保持系統轉速的精確控制，實現了系統全參數魯棒控制，對于提高機械彈性儲能系統性能有一定的意義。