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一種永磁同步電機(jī)模型預(yù)測共模電壓抑制方法

文檔序號:9600360閱讀:572來源:國知局
一種永磁同步電機(jī)模型預(yù)測共模電壓抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模型預(yù)測控制在永磁同步電機(jī)控制領(lǐng)域的應(yīng)用,如模型預(yù)測控制在風(fēng) 力發(fā)電機(jī)技術(shù)或電動汽車技術(shù)上的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)或其他永磁同步電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用場合,共模電 壓均會對系統(tǒng)產(chǎn)生惡劣影響。例如,在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,過大的共模電壓會引起過大的 軸電壓和軸電流,從而損壞電機(jī)軸承,影響電機(jī)使用壽命。如何抑制共模電壓是風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)或其他永磁同步電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用場合的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。雖然 文獻(xiàn)"閆雪麗,郝本昂,夏自田,等.基于預(yù)測控制的共模電壓抑制策略分析[J].煤 礦機(jī)電,2014,(5):58-64. "研究了一種基于模型預(yù)測控制的共模電壓抑制方法,但是該 方法每個周期需要根據(jù)6個非零電壓矢量進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算,存在計算量大、開關(guān)頻率高、開 關(guān)損耗大等缺點(diǎn)。文獻(xiàn) "Sung-kiMun,SangshinKwak.ReducingCommon-ModeVoltage ofThree-PhaseVSIsusingthePredictiveCurrentControlMethodbasedon ReferenceVoltage[J].JournalofPowerElectronics, 2015, 15(3):712-720.Sung-ki Mun,SangshinKwak. (Sung-kiMun,SangshinKwak.采用基于參考電壓的預(yù)測電流控制減 小三相電壓源型逆變器共模電壓的方法[J]·電力電子雜志,2015, 15(3) :712-720.)"提 出了一種簡化的模型預(yù)測共模電壓抑制方法,但該方法在計算參考電壓時受實(shí)際電流紋波 的影響,這易導(dǎo)致參考電壓計算錯誤,影響系統(tǒng)控制精度。文獻(xiàn)"SangshinKwak,Sung-ki Mun.ModelPredictiveControlMethodstoReduceCommon-ModeVoltagefor Three-PhaseVoltageSourceInverters[J].IEEETransactionsonPowerElectroni cs, 2015,30(9):5019-5035.SangshinKwak,Sung-kiMun. .(SangshinKwak,Sung-kiMun. 采用模型預(yù)測控制減小三相電壓源逆變器共模電壓的方法[J].IEEE電力電子學(xué)會刊, 2015, 30 (9) : 5019-5035.) "提出了一種基于雙矢量的模型預(yù)測共模電壓抑制方法,該方法 在每一個控制周期采用兩個非零電壓矢量一起工作,既能減小共模電壓,也可以提高電流 動態(tài)響應(yīng)速度,減小電流諧波。然而,該方法需要在線優(yōu)化選擇兩個非零電壓矢量及其作用 時間,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,且開關(guān)頻率比其他方法更高。
[0003] 綜上,現(xiàn)有的模型預(yù)測共模電壓抑制方法還存在如下問題:
[0004] 1、計算量大,每個周期需要根據(jù)6個非零電壓矢量進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算,或每個周期需 要同時優(yōu)化使用兩個矢量;
[0005] 2、現(xiàn)有的方法均存在較多的不相鄰非零電壓矢量的切換,這直接導(dǎo)致系統(tǒng)開關(guān)頻 率尚,開關(guān)損耗大;
[0006] 3、雖然基于無差拍的模型預(yù)測共模電壓抑制方法可減小計算量,但該方法控制精 度易受電流紋波影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出了一種永磁同步電機(jī)模型預(yù)測共模電壓抑制方法。該方法在抑制共模 電壓的同時,每個周期只需要根據(jù)4個電壓矢量進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算,從而大大減小了計算量,并 降低了開關(guān)頻率,即降低了系統(tǒng)的開關(guān)損耗;同時,該方法根據(jù)電流絕對值大小選擇不相鄰 非零電壓矢量,可進(jìn)一步降低開關(guān)損耗,提高效率。
[0008] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提供了一種永磁同步電機(jī)模型預(yù)測共模電壓 抑制方法,包括永磁同步電機(jī)電流、電壓的采樣,其特征在于,主要步驟如下:
[0009] 1、一種永磁同步電機(jī)模型預(yù)測共模電壓抑制方法,包括永磁同步電機(jī)電流、電壓 的采樣,其特征在于,主要步驟如下:
[0010] 步驟1、采樣k時刻永磁同步電機(jī)的三相電流ia、ib、i。,并通過坐標(biāo)變換得到同步 旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的電流id、iq,滿足下式:
[0012] 其中,θι^為永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角度,通過安裝在永磁同步電機(jī)上的光電編 碼器得到;
[0013] 步驟2、根據(jù)逆變器的驅(qū)動信號得到k時刻的開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、S。,并根據(jù)k時刻逆 變器的開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、S。和直流側(cè)電壓Ud。,計算k時刻同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的電壓ud,uq, 滿足下式:
[0015] 其中,開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、Sc等于0或1 ;
[0016] Sa= 1表示兩電平逆變器a相橋臂上管導(dǎo)通,下管關(guān)斷;
[0017] Sa= 0表示兩電平逆變器a相橋臂上管關(guān)斷,下管導(dǎo)通;
[0018] Sb= 1表示兩電平逆變器b相橋臂上管導(dǎo)通,下管關(guān)斷;
[0019] Sb= 0表示兩電平逆變器b相橋臂上管關(guān)斷,下管導(dǎo)通;
[0020] 1表示兩電平逆變器c相橋臂上管導(dǎo)通,下管關(guān)斷;
[0021] 0表示兩電平逆變器c相橋臂上管關(guān)斷,下管導(dǎo)通;
[0022] Ud。為逆變器的直流側(cè)電壓,通過直流電壓傳感器采樣得到;
[0023] 步驟3、根據(jù)步驟1得到的電流id、iq和步驟2得到的電壓ud、uq,預(yù)測k+Ι時刻的 電流id(k+l)、iq(k+l),滿足下式:
[0025] 其中,矩陣A、B、C滿足:
[0029] 其中,Rs為定子電阻,LdSd軸電感,Lq為q軸電感,ωr為同步轉(zhuǎn)速,控制周 期,1^為永磁體磁鏈。
[0030] 步驟4、根據(jù)步驟2得到的k時刻逆變器的開關(guān)狀態(tài)Sa、Sb、S。,得到k時刻作用的 電壓矢量u(SaSbS。),其中:
[0031] 如果Sa= 1,Sb= 0,Sc= 0,則k時刻作用的電壓矢量記為u^100);
[0032] 如果Sa= 1,Sb= 1,Se= 0,則k時刻作用的電壓矢量記為u2(110);
[0033] 如果Sa= 0,Sb= 1,Se= 0,則k時刻作用的電壓矢量記為u3(010);
[0034] 如果Sa= 0,Sb= 1,Se= 1,則k時刻作用的電壓矢量記為u4(011);
[0035] 如果Sa= 0,Sb= 0,Se= 1,則k時刻作用的電壓矢量記為u5(001);
[0036] 如果Sa= 1,Sb= 0,Se= 1,則k時刻作用的電壓矢量記為u6(101);
[0037] 步驟5、根據(jù)步驟1采樣的永磁同步電機(jī)的三相電流ia、ib、i。和步驟4得到的k時 亥IJ作用的電壓矢量u(SaSbS。),選擇4個電壓矢量構(gòu)成一個電壓矢量集合;其中:
[0038] 如果k時刻作用的電壓矢量是!^…。),且|ib| > |i」,則將電壓矢量u5(001)、 UedOlhUidOOhuJllO)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0039] 如果k時刻作用的電壓矢量是~⑶。),且|ib| < |i」,則將電壓矢量u6(101)、 4(100)^2(110)^3(010)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0040] 如果k時刻作用的電壓矢量是112(110),且|ib| > |ia|,則將電壓矢量4(100)、 u2(110)、u3(010)、u4(011)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0041] 如果k時刻作用的電壓矢量是112(110),且|ib| < |ia|,則將電壓矢量u6(101)、 4(100)^2(110)^3(010)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0042] 如果k時刻作用的電壓矢量是113(010),且|i」> |ia|,則將電壓矢量4(100)、 u2(110)、u3(010)、u4(011)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0043] 如果k時刻作用的電壓矢量是113(010),且|i」< |ia|,則將電壓矢量u2(110)、 u3(010)、u4(011)、u5(001)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0044] 如果k時刻作用的電壓矢量是114(011),且|ib| > |i」,則將電壓矢量u2(110)、 u3(010)、u4(011)、u5(001)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0045] 如果k時刻作用的電壓矢量是114(011),且|ib| < |i」,則將電壓矢量u3(010)、 u4(011)、u5(001)、u6(101)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0046] 如果k時刻作用的電壓矢量是115(001),且|ia| > |ib|,則將電壓矢量u3(010)、 u4(011)、u5(001)、u6(101)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0047] 如果k時刻作用的電壓矢量是u5(001),且|ia| < |ib|,則將電壓矢量u4(011)、 uJOOlhueaOlhuJlOO)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0048] 如果k時刻作用的電壓矢量是116(101),且|i」> |ia|,則將電壓矢量u4(011)、 uJOOlhueaOlhuJlOO)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0049] 如果k時刻作用的電壓矢量是116(101),且|i」< |ia|,則將電壓矢量u5(001)、 UedOlhUidOOhuJllO)構(gòu)成一個電壓矢量集合;
[0050] 其中,|ia |表示永磁同步電機(jī)的a相電流絕對值,|ib |表示永磁同步電機(jī)的b相
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