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