專利名稱：有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)及控制方法，屬于基 于混沌參數(shù)估計開關(guān)遍歷預(yù)測控制的有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當前，電梯的節(jié)能降耗已經(jīng)引起業(yè)界的高度重視。傳統(tǒng)的電梯驅(qū)動系統(tǒng)由于采用 二極管不控整流方式，因此驅(qū)動系統(tǒng)只具有單向功率傳送能力，電梯在減速制動過程電機 的能量無法回饋到電網(wǎng)中，而通過電阻之類耗能元件浪費掉。在電梯節(jié)能的實踐應(yīng)用中，能 量回饋節(jié)能要求將電梯運動過程中產(chǎn)生的機械能通過能量回饋器轉(zhuǎn)換成電能，然后把這些 電能輸送回交流電網(wǎng)供給其他用電設(shè)備來使用，這樣一來電梯使用過程中的節(jié)電效果是相 當明顯的，真正做到了綠色環(huán)保。一般認為，使用能量回饋技術(shù)之后，電梯節(jié)電率在15-50% 范圍之內(nèi)。另一方面，傳統(tǒng)的基于兩電平變頻器的電梯驅(qū)動系統(tǒng)dv/dt較大，導(dǎo)致電梯電機 共模電壓較大、電壓輸出波形較差、諧波量畸變率較大。在電機控制方面，預(yù)測控制常被用于電機驅(qū)動系統(tǒng)來減小系統(tǒng)開關(guān)延時，提高系 統(tǒng)動態(tài)性能。但是預(yù)測控制需要依賴系統(tǒng)的參數(shù)，而系統(tǒng)參數(shù)往往會隨環(huán)境的變化而有所 變化。但目前基于模型參考自適應(yīng)、擴展型卡爾曼、模糊以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等參數(shù)估計方法多 少仍存在一些技術(shù)難題1、較易針對系統(tǒng)中某部分參數(shù)設(shè)計估算方法和收斂準則而保持其 他參數(shù)不變，對設(shè)計針對系統(tǒng)中較多參數(shù)同時估算的方法和收斂準則比較復(fù)雜；2、在估算 過程中對控制參數(shù)的優(yōu)化成為難點，用傳統(tǒng)的優(yōu)化方法如梯度法易陷于局部優(yōu)化而非全局 優(yōu)化；3、估算方法復(fù)雜、計算量較大。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的傳統(tǒng)電梯驅(qū)動系統(tǒng)只具有單功率流向特性，電梯電機能量不能回饋到 電網(wǎng)中。而且傳統(tǒng)單功率流向電梯驅(qū)動系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)由于采用了不控整流方式，因此在電網(wǎng) 側(cè)的輸出波形較差、諧波較大，而且其功率因數(shù)無法靈活調(diào)節(jié)。為了使得電梯驅(qū)動系統(tǒng)具有 能量回饋的功能，系統(tǒng)需要增加附加的能量回饋電路，但這種方式會增加系統(tǒng)的成本?；?有源中點箝位式多電平變頻器的電機驅(qū)動系統(tǒng)不僅可以改善系統(tǒng)的輸出波形，而且可以有 效平衡橋臂上不同器件的功率損耗。但是有源中點箝位式多電平變頻器的開關(guān)數(shù)目多造成 了其傳統(tǒng)開關(guān)策略設(shè)計十分復(fù)雜。本發(fā)明目的是為了解決傳統(tǒng)多電平變頻器開關(guān)策略設(shè)計 復(fù)雜的難題，提供一種有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)及控制方法，將開關(guān)策 略設(shè)計和控制集成為一體。技術(shù)方案本發(fā)明有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)，包括入網(wǎng)電感，電 網(wǎng)側(cè)變頻器，直流母線，電機側(cè)變頻器，電梯電機，用于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模 塊，電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊，電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊，電網(wǎng)側(cè)模型的混 沌參數(shù)估計模塊，基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊，直流側(cè)電容的混沌參數(shù)估計
5模塊，電機側(cè)所需負載功率的計算模塊，電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊，基于電 機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊，電機側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊，用于電機側(cè)開關(guān)遍 歷選擇的成本函數(shù)模塊，三相至兩相的變換模塊；其中入網(wǎng)電感的輸入端接電網(wǎng)，入網(wǎng)電感 的輸出端依次串接電網(wǎng)側(cè)變頻器、直流母線、電機側(cè)變頻器和電梯電機。電網(wǎng)側(cè)模型的混沌 參數(shù)估計模塊的輸出端動態(tài)調(diào)整基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊，預(yù)測模塊的輸 出端接電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊和電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊的輸入端。電 網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊和電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊的輸出端分別串接用 于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊后接電網(wǎng)側(cè)變頻器的開關(guān)信號輸入端。直流側(cè)電容 的混沌參數(shù)估計模塊的輸出端動態(tài)調(diào)整直流側(cè)電容數(shù)值。電機側(cè)變頻器的電流信號輸出端 串接三相至兩相的變換模塊后與基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊的輸入端串接。 電機側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊動態(tài)調(diào)整基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊。預(yù)測模 塊，電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊和基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊 的輸出端分別串接用于電機側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊后接電機側(cè)變頻器的開關(guān)信 號輸入端。電梯驅(qū)動系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)都采用了有源中點箝位式多電平變頻器，包括電網(wǎng)側(cè)變頻器采用了有源中點箝位式多電平變頻器，同一橋臂上的開關(guān)通過有源 器件和直流母線電容相連，電網(wǎng)側(cè)功率可雙向流動；電機側(cè)變頻器采用了有源中點箝位式多電平變頻器，同一橋臂上的開關(guān)通過有源 器件和直流母線電容相連，電機側(cè)功率可雙向流動。優(yōu)選地，所述各混沌參數(shù)估計模塊結(jié)構(gòu)相同，包括狀態(tài)量比較差值初始設(shè)定模塊，設(shè)置初始比較差值； 混沌映射狀態(tài)量初始設(shè)定模塊，設(shè)置初始混沌映射狀態(tài)量；系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)當前估計值和系統(tǒng)在tk時刻實測狀態(tài)量預(yù)測 系統(tǒng)在tk+1時刻狀態(tài)量；預(yù)測誤差計算模塊，計算當前參數(shù)估計值下系統(tǒng)在tk+1時刻預(yù)測狀態(tài)量和系統(tǒng)在 tk+1時刻實測狀態(tài)量之差；最小預(yù)測誤差判斷模塊，用于比較當前參數(shù)估計值下預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量之 差A(yù) &和狀態(tài)量差值最小值A(chǔ)Xmin;賦值模塊，將當前參數(shù)估計結(jié)果P(i)賦值給系統(tǒng)參數(shù)的估計結(jié)果P。。ns，而八&賦 值給更新模塊，更新混沌映射的迭代次數(shù)i ；迭代次數(shù)判斷模塊，判斷當前混沌映射迭代次數(shù)i是否超過給定最大迭代次數(shù)N ；混沌映射模塊，通過混沌映射產(chǎn)生下一次狀態(tài)量即下一次迭代對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)估 計值；結(jié)束模塊，結(jié)束混沌參數(shù)估計。有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法如下在電網(wǎng)側(cè)，電網(wǎng)側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊根據(jù)tk時刻實測入網(wǎng)電流ila, e (tk)
和tk_i至tk時刻電網(wǎng)側(cè)變頻器將選擇的開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測入網(wǎng)電流，在線估計出
電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)參數(shù)，并實時更新電網(wǎng)側(cè)模型系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊；
由基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊根據(jù)電網(wǎng)側(cè)rk時刻實測入網(wǎng)電流ila, e (tk)遍歷預(yù)測各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的tk+1時刻入網(wǎng)電流《，.電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊根據(jù)預(yù)測的tk+1時刻入網(wǎng)電流及入網(wǎng)電壓 uaAfk+l)，預(yù)測出各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的tk+1時刻入網(wǎng)有功和無功電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊根據(jù)當前tk時刻實測直流母線電壓 Vdc(tk)和各種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻預(yù)測的入網(wǎng)電流《，，預(yù)測出各種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)
tk+1時刻橋臂器件的最高結(jié)溫<(、+1);由直流母線電壓和負載功率計算模塊(2. 13)獲得電 網(wǎng)側(cè)有功功率的參考值產(chǎn)；用于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊根據(jù)有功功率的參考值P*、無功功率的 參考值Q*、預(yù)測結(jié)果Qf(h+i) 0f(tk+i)，根據(jù)成本函數(shù)最小原則，比較選擇獲得電 網(wǎng)側(cè)變頻器在tk至tk+1時間段內(nèi)的三相開關(guān)狀態(tài)衫(、)SsB(tk) S^(tk);在電機側(cè)，電機側(cè)模型混沌參數(shù)估計模塊根據(jù)tk時刻實測電機電流isa, e (tk)和 k至tk時刻實際選擇開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測電機電流&,在線估計出電機側(cè)系統(tǒng)參 數(shù)，并實時更新電機側(cè)模型系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊；由基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊預(yù)測出系統(tǒng)根據(jù)電機側(cè)tk時刻實測電 機電流isa, e (tk)遍歷預(yù)測各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻電機電流《《^(G+1).電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊根據(jù)當前tk時刻實測直流母線電壓 Vdc(tk)和各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻預(yù)測的電機電流&，/ &+l)，預(yù)測出電機側(cè)各開關(guān)狀態(tài)對 應(yīng)tk+1時刻橋臂器件的最高結(jié)溫.用于電機側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊根據(jù)電機電流參考值，tk+1時刻 各可能開關(guān)對應(yīng)的預(yù)測電機電流{tk+l)以及時(tM )，比較選擇獲得電機側(cè)變頻器在、 至tk時刻的三相開關(guān)狀態(tài)砣h) S^(tk) S^(tk).在直流母線側(cè)，直流側(cè)電容混沌參數(shù)估計模塊根據(jù)tk時刻實測直流母線電壓 vdc(tk)和電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)變頻器在tk_i至tk時刻所選擇開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測電容充電電
流f ，實時預(yù)測出直流母線電容，其中tk_i時刻為前一時刻，tk時刻為當前時刻，tk+1時
刻為下一時刻。優(yōu)選地，所述混沌參數(shù)估計的方法如下采用狀態(tài)量比較差值初始設(shè)定模塊，設(shè)定預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量之差A(yù) & =狀 態(tài)量差值最小值A(chǔ)Xmin;采用混沌映射狀態(tài)量初始設(shè)定模塊，將參數(shù)初始值設(shè)置選為混沌映射初值P (i)， 其中混沌映射迭代次數(shù)i = 0 ；采用系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)當前估計值和系統(tǒng)在tk時刻實測狀態(tài)量 預(yù)測系統(tǒng)在tk+1時刻狀態(tài)量；采用預(yù)測誤差計算模塊，計算當前參數(shù)估計值下系統(tǒng)在tk+1時刻預(yù)測狀態(tài)量和系
7統(tǒng)在tk+1時刻實測狀態(tài)量之差；采用最小預(yù)測誤差判斷模塊，比較當前參數(shù)估計值下預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量之 差A(yù) &和狀態(tài)量差值最小值A(chǔ)Xmin，如果八&小于A Xmin，執(zhí)行賦值模塊，即將當前參數(shù)估計 結(jié)果P(i)賦值給P。。ns，而賦值給A Xmin，然后執(zhí)行更新模塊，即更新混沌映射的迭代次 數(shù)i —i+1 ；如果八&大于AXmin，則執(zhí)行更新模塊，S卩即更新混沌映射的迭代次數(shù)i —i+1 ；采用迭代次數(shù)判斷模塊，判斷當前混沌映射迭代次數(shù)i是否超過給定最大迭代次 數(shù)N:如果超過了最大迭代次數(shù)，直接進入結(jié)束模塊結(jié)束混沌參數(shù)估計，得到即系統(tǒng)參數(shù)的 估計結(jié)果P。。ns ；如果i沒有超過N，系統(tǒng)進入混沌映射模塊，通過混沌映射產(chǎn)生下一次狀態(tài) 量即下一次迭代對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)估計值，然后繼續(xù)執(zhí)行系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊，循環(huán)整個流 程。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為1、由于本發(fā)明采用了四象限 電梯驅(qū)動系統(tǒng)方案，電梯電機制動過程中的能量可以通過有源整流器回饋到電網(wǎng)中，而且 不需要附加的能量回饋電路；2、本發(fā)明采用了有源整流器，使得電網(wǎng)側(cè)整流器的開關(guān)頻率 變高，電網(wǎng)側(cè)輸出波形變好，而且可實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)；3、本發(fā)明提出了基于有源 中點箝位式變頻器的電梯驅(qū)動結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)兩電平變頻器電梯驅(qū)動系統(tǒng)輸出波形更好、 dv/dt更小、諧波畸變率也更小、電機側(cè)共模電壓更小。而且有源中點箝位使得變頻器橋臂 上器件損耗接近、提高了系統(tǒng)的輸出功率，克服了無源中點箝位多電平變頻器橋臂器件損 耗不均的缺點；4、本發(fā)明提出了與中點箝位式三電平變頻器相適應(yīng)的開關(guān)遍歷預(yù)測控制， 即通過預(yù)測并比較各種可能的開關(guān)狀態(tài)所對應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)，來選取其中成本函數(shù)最小的開 關(guān)狀態(tài)作為下一個開關(guān)周期的開關(guān)狀態(tài)，因此可以將系統(tǒng)的開關(guān)策略和控制方案結(jié)合在一 起，開關(guān)策略設(shè)計簡單，解決了有源中點箝位式多電平變頻器驅(qū)動開關(guān)策略設(shè)計困難的難 題；5、本發(fā)明中提出了與有源中點箝位式多電平變頻器開關(guān)遍歷預(yù)測控制相適應(yīng)的混沌參 數(shù)識別方法，可以實現(xiàn)在參數(shù)可能范圍內(nèi)的全局搜索；參數(shù)的搜索計算簡單、快速；優(yōu)化準 則簡單；易于程序公用。


圖1是本發(fā)明所提出的基于混沌參數(shù)估計狀態(tài)遍歷預(yù)測控制的有源中點箝位式 多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(1.1)為有源中點箝位式四象限變頻器，用 來驅(qū)動電梯傳動系統(tǒng)(1.2) ； (1.3)為有源中點箝位式多電平變頻器的結(jié)構(gòu)放大示意圖； (1.4)是電網(wǎng)，(1.5)是電梯驅(qū)動系統(tǒng)的入網(wǎng)電感；圖2中所示為與有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)相適應(yīng)的開關(guān)遍歷 預(yù)測控制框圖；(2.1)是電網(wǎng)，(2.2)是入網(wǎng)電感，(2.3)是電網(wǎng)側(cè)變頻器(即整流器)， (2.4)是直流母線，(2.5)是電機側(cè)變頻器(即逆變器)，(2.6)是電梯電機，(2.7)是用于 電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)，(2.8)是電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)，(2.9)是 電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)，(2. 10)是電網(wǎng)側(cè)模型的混沌參數(shù)估計，(2. 11)是基于電網(wǎng)側(cè)模型的 系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊，(2. 12)是直流側(cè)電容的混沌參數(shù)估計，(2. 13)是電機側(cè)所需負載功 率的計算模塊，(2. 14)是電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)，(2. 15)是基于電機側(cè)模型 的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊，(2. 16)是對電機側(cè)模型的混沌參數(shù)估計，(2. 17)是用于電機側(cè)開 關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)，(2. 18)是三相至兩相的變換；
圖3所示為混沌參數(shù)估計的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對最佳實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所 述實施例。如圖1所示，是本發(fā)明所提出的基于混沌參數(shù)估計狀態(tài)遍歷預(yù)測控制的有源中點 箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1. 1為有源中點箝位式四象限變頻 器，用來驅(qū)動電梯傳動系統(tǒng)1. 2。1. 3為有源中點箝位式多電平變頻器的結(jié)構(gòu)放大示意圖。
1.4是電網(wǎng)，1. 5是電梯驅(qū)動系統(tǒng)的入網(wǎng)電感。以圖2中所示的基于混沌參數(shù)估計開關(guān)遍歷預(yù)測控制的有源中點箝位式三電平 四象限驅(qū)動為例說明。系統(tǒng)額定電壓為380V，額定功率為10kw。電網(wǎng)2. 1通過系統(tǒng)入網(wǎng)電 感2. 2和電網(wǎng)側(cè)變頻器2. 3連接。電網(wǎng)側(cè)變頻器2. 3通過直流母線2. 4和電機側(cè)變頻器
2.5相連。變頻器2. 3、2. 5的結(jié)構(gòu)及其與直流母線2. 4的連接方式如圖1所示。電機側(cè)變 頻器2. 5驅(qū)動電梯電機2. 6拖動電梯傳動系統(tǒng)。在電網(wǎng)側(cè)，由基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊2. 11根據(jù)電網(wǎng)側(cè)tk時刻實 測入網(wǎng)電流ila, e (tk)遍歷預(yù)測各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的tk+1時刻入網(wǎng)電流《，/？扎+1)。電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊2. 9根據(jù)預(yù)測的tk+1時刻入網(wǎng)電流《，及入網(wǎng)電壓
，預(yù)測出各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的tk+1時刻入網(wǎng)有功和無功&+1)。電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊2. 8根據(jù)當前tk時刻實測直流母線電 壓Vd。(tk)和各種可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻預(yù)測的入網(wǎng)電流，預(yù)測出各種可能開 關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻橋臂器件的最高結(jié)溫^^G+i)。根據(jù)直流母線參考電壓^和在tk時刻 實測的直流母線電壓Vd。(tk)，獲得直流母線電壓控制所需的有功功率參考值，再和負載 功率計算模塊(2. 13)獲得電網(wǎng)側(cè)有功功率相加，得電網(wǎng)側(cè)有功功率的參考值P*。用于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2. 7)根據(jù)有功功率的參考值P*、無功 功率的參考值Q*、預(yù)測結(jié)果Qf{tk+i)，根據(jù)成本函數(shù)最小原則，比較選擇 獲得電網(wǎng)側(cè)變頻器2. 3在tk至tk+1時間段內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)衫(、)SsB(tk) Ssc、tk)
八八丄99O電網(wǎng)側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊2. 10根據(jù)tk時刻實測入網(wǎng)電流ila, e (tk)和、 至tk時刻電網(wǎng)側(cè)變頻器將選擇的開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測入網(wǎng)電流^？，，在線估計出電網(wǎng)
側(cè)系統(tǒng)參數(shù)，并實時更新電網(wǎng)側(cè)模型系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊2. 11。在電機側(cè)，由三相至兩項變換模塊(2. 18)將tk時刻實測電機三相電流
變換成兩相電流isa,e (tk)。由基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(2. 15)預(yù)測出系統(tǒng) 根據(jù)電機側(cè)tk時刻實測電機電流isa ’ “tk)遍歷預(yù)測獲得各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻電
機電流
o電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊2. 14根據(jù)當前tk時刻實測直流母線電 壓Vd。(tk)和各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻預(yù)測的電機電流，預(yù)測出電機側(cè)各可能
9開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻橋臂器件的最高結(jié)溫《(^+1)。用于電機側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊2. 17根據(jù)電機電流參考值，tk+1 時刻各可能開關(guān)對應(yīng)的預(yù)測電機電流‘以及吖仏+l)，比較選擇獲得電機側(cè)變頻器 2. 5在k至tk時刻的開關(guān)狀態(tài)^^仏)S^(tk) S^{tk)。電機側(cè)模型混沌參數(shù)估計模塊2. 16根據(jù)tk時刻實測電機電流isa,e (tk)和、、至 tk時刻實際選擇開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測電機電流，在線估計出電機側(cè)系統(tǒng)參數(shù)，并實 時更新電機側(cè)模型系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊2. 15。在直流母線側(cè)，直流側(cè)電容混沌參數(shù)估計模塊2. 12根據(jù)tk時刻實測直流母線電 壓Vd。(tk)和電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)變頻器在、至tk時刻所選擇開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)之前預(yù)測的電容
充電電流，實時估計出直流母線電容數(shù)值。如圖3所示，3. 1是狀態(tài)量比較差值初始設(shè)定模塊，3. 2是混沌映射狀態(tài)量初始設(shè) 定模塊，3. 3是系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)當前估計值和系統(tǒng)在tk時刻實測狀態(tài)量 預(yù)測系統(tǒng)在tk+1時刻狀態(tài)量，3. 4是預(yù)測誤差計算模塊，計算當前參數(shù)估計值下系統(tǒng)在tk+1 時刻預(yù)測狀態(tài)量和系統(tǒng)在tk+1時刻實測狀態(tài)量之差，3. 5是最小預(yù)測誤差判斷模塊，用于比 較當前參數(shù)估計值下預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量之差和狀態(tài)量差值最小值A(chǔ)X^，如果 △&小于AX^，將執(zhí)行模塊3. 6，即將當前參數(shù)估計結(jié)果P(i)賦值給P。。ns，而賦值給 AXmin，然后執(zhí)行模塊3. 7，即更新混沌映射的迭代次數(shù)i。如果八&大于AXmin，將跳過模 塊3. 6，直接執(zhí)行模塊3. 7。接著進入迭代次數(shù)判斷模塊3. 8，判斷當前混沌映射迭代次數(shù)i 是否超過給定最大迭代次數(shù)N。如果超過了最大迭代次數(shù)，將直接進入結(jié)束模塊3. 10。如 果i沒有超過N，系統(tǒng)將進入混沌映射模塊3. 9，將通過混沌映射產(chǎn)生下一次狀態(tài)量(即下 一次迭代對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)估計值)，然后繼續(xù)執(zhí)行模塊3. 3，循環(huán)整個流程。所有程序執(zhí)行 完，P。。ns中的值即系統(tǒng)參數(shù)的估計結(jié)果。與傳統(tǒng)的采用附加能量回饋電路從電梯驅(qū)動系統(tǒng)直流母線將電梯制動能量回饋 到電網(wǎng)的方式不同，四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)由于同時采用了有源電網(wǎng)側(cè)變頻器，因此具有了 雙向功率流的特點，可將電梯中制動的能量直接通過電網(wǎng)側(cè)有源變頻器回饋到電網(wǎng)中，因 此結(jié)構(gòu)緊湊，控制直接。四象限電梯驅(qū)動由于同時采用了有源電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)變頻器，在風(fēng) 機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)都具有較好的輸出波形和有功、無功調(diào)節(jié)能力，這對于減小系統(tǒng)損耗、提高系 統(tǒng)效率有很大幫助。因此本發(fā)明提出了基于有源中點箝位式多電平變頻器的電梯驅(qū)動系統(tǒng)，多電平變 頻器具有等效開關(guān)頻率較高、dv/dt較小、輸出波形較好、諧波量較小的優(yōu)點，但是多電平變 頻器的開關(guān)數(shù)量多，因此開關(guān)策略設(shè)計較為困難，無論是基于空間向量調(diào)制方法還是基于 載波的調(diào)制方法都比較復(fù)雜。本發(fā)明提出了一種基于混沌參數(shù)識別有限開關(guān)遍歷預(yù)測控 制的有源中點箝位式三電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)，不僅具有多電平變頻器四象限驅(qū)動的優(yōu) 點，而且將開關(guān)策略和控制方案設(shè)計集為一體，設(shè)計方法簡單，并可以克服開關(guān)延時，而且 系統(tǒng)具有參數(shù)自適應(yīng)功能，魯棒性強。熟知本領(lǐng)域的人士將理解，雖然這里為了便于解釋已描述了具體實施例，但是可 在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下作出各種改變。因此，除了所附權(quán)利要求之外，不能用于限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于包括入網(wǎng)電感(2.2)，電網(wǎng)側(cè)變頻器(2.3)，直流母線(2.4)，電機側(cè)變頻器(2.5)，電梯電機(2.6)，用于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2.7)，電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2.8)，電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊(2.9)，電網(wǎng)側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊(2.10)，基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊(2.11)，直流側(cè)電容的混沌參數(shù)估計模塊(2.12)，電機側(cè)所需負載功率的計算模塊(2.13)，電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2.14)，基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊(2.15)，電機側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊(2.16)，用于電機側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2.17)，三相至兩相的變換模塊(2.18)；其中入網(wǎng)電感(2.2)的輸入端接電網(wǎng)(2.1)，入網(wǎng)電感(2.2)的輸出端依次串接電網(wǎng)側(cè)變頻器(2.3)、直流母線(2.4)、電機側(cè)變頻器(2.5)和電梯電機(2.6)，電網(wǎng)側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊(2.10)的輸出端動態(tài)調(diào)整基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊(2.11)，預(yù)測模塊(2.11)的輸出端接電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2.8)和電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊(2.9)的輸入端。電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2.8)和電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊(2.9)的輸出端分別串接用于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2.7)后接電網(wǎng)側(cè)變頻器(2.3)的開關(guān)信號輸入端。直流側(cè)電容的混沌參數(shù)估計模塊(2.12)的輸出端動態(tài)調(diào)整直流側(cè)電容數(shù)值。電機側(cè)變頻器(2.5)的電流信號輸出端串接三相至兩相的變換模塊(2.18)后與基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊(2.15)的輸入端串接。電機側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊(2.16)動態(tài)調(diào)整基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(2.15)。預(yù)測模塊(2.15)，電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2.14)和基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量的預(yù)測模塊(2.15)的輸出端分別串接用于電機側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2.17)后接電機側(cè)變頻器(2.5)的開關(guān)信號輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是在電梯 驅(qū)動系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)都采用了有源中點箝位式多電平變頻器，包括電網(wǎng)側(cè)變頻器(2. 3)采用了有源中點箝位式多電平變頻器，同一橋臂上的開關(guān)通過有 源器件和直流母線電容相連，電網(wǎng)側(cè)功率可雙向流動；電機側(cè)變頻器(2. 5)采用了有源中點箝位式多電平變頻器，同一橋臂上的開關(guān)通過有 源器件和直流母線電容相連，電機側(cè)功率可雙向流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所 述各混沌參數(shù)估計模塊結(jié)構(gòu)相同，包括狀態(tài)量比較差值初始設(shè)定模塊(3. 1)，設(shè)置初始比較差值； 混沌映射狀態(tài)量初始設(shè)定模塊(3. 2)，設(shè)置初始混沌映射狀態(tài)量； 系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(3. 3)，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)當前估計值和系統(tǒng)在tk時刻實測狀態(tài)量預(yù) 測系統(tǒng)在tk+1時刻狀態(tài)量；預(yù)測誤差計算模塊(3. 4)，計算當前參數(shù)估計值下系統(tǒng)在tk+1時刻預(yù)測狀態(tài)量和系統(tǒng) 在tk+1時刻實測狀態(tài)量之差；最小預(yù)測誤差判斷模塊(3. 5)，用于比較當前參數(shù)估計值下預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量 之差與狀態(tài)量差值最小值A(chǔ)Xmin的大小；賦值模塊(3. 6)，將當前參數(shù)估計結(jié)果P(i)賦值給系統(tǒng)參數(shù)的估計結(jié)果P。。ns，而 賦值給AXmin ；更新模塊(3. 7)，更新混沌映射的迭代次數(shù)i ；迭代次數(shù)判斷模塊(3. 8)，判斷當前混沌映射迭代次數(shù)i是否超過給定最大迭代次數(shù)N；混沌映射模塊(3. 9)，通過混沌映射產(chǎn)生下一次狀態(tài)量即下一次迭代對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù) 估計值；結(jié)束模塊(3. 10)，結(jié)束混沌參數(shù)估計。
4. 一種有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 在電網(wǎng)側(cè)，電網(wǎng)側(cè)模型的混沌參數(shù)估計模塊(2. 10)根據(jù)tk時刻實測入網(wǎng)電流ila,e (tk)和、至tk時刻電網(wǎng)側(cè)變頻器將選擇的開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測入網(wǎng)電流^^(G)，在線估計出電網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)參數(shù)，并實時更新電網(wǎng)側(cè)模型系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(2.11)；由基于電網(wǎng)側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(2.11)根據(jù)電網(wǎng)側(cè)tk時刻實測入網(wǎng)電流ila,e (tk)遍歷預(yù)測各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的tk+1時刻入網(wǎng)電流《，^仏+i).電網(wǎng)側(cè)功率計算函數(shù)模塊(2. 9)根據(jù)預(yù)測的tk+1時刻入網(wǎng)電流及入網(wǎng)電壓<Ah+x)，預(yù)測出各可能開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的tk+1時刻入網(wǎng)有功和無功&+1).電網(wǎng)側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2. 8)根據(jù)當前tk時刻實測直流母線電壓Vdc(tk)和各種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻預(yù)測的入網(wǎng)電流ifaj(h+i)，預(yù)測出各種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻橋臂器件的最高結(jié)溫￥^+1);由直流母線電壓和負載功率計算模塊(2. 13)獲得 電網(wǎng)側(cè)有功功率的參考值P*;用于電網(wǎng)側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2. 7)根據(jù)有功功率的參考值P*、無功功率 的參考值Q*、預(yù)測結(jié)果V⑷+1)、Qf(h+i)、Of(tk+1)，根據(jù)成本函數(shù)最小原則，比較選擇獲得電網(wǎng)側(cè)變頻器(2. 3)在tk至tk+1時間段內(nèi)的三相開關(guān)狀態(tài)幻( )，SsB(tk)，S^(tk).在電機側(cè)，電機側(cè)模型混沌參數(shù)估計模塊(2. 16)根據(jù)tk時刻實測電機電流isa, e (tk)和k至tk時刻實際選擇開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的預(yù)測電機電流，在線估計出電機側(cè)系統(tǒng)參數(shù)，并實時更新電機側(cè)模型系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(2. 15)；由基于電機側(cè)模型的系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(2. 15)預(yù)測出系統(tǒng)根據(jù)電機側(cè)tk時刻實測電機電流isa, e (tk)遍歷預(yù)測各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻電機電流Gl^k+i).電機側(cè)橋臂上器件最高結(jié)溫計算函數(shù)模塊(2. 14)根據(jù)當前tk時刻實測直流母線電壓 Vdc(tk)和各開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)tk+1時刻預(yù)測的電機電流。，乂G+i)，預(yù)測出電機側(cè)各開關(guān)狀態(tài)對 應(yīng)tk+1時刻橋臂器件的最高結(jié)溫《(&+1).用于電機側(cè)開關(guān)遍歷選擇的成本函數(shù)模塊(2. 17)根據(jù)電機電流參考值扎)，tk+1 時刻各可能開關(guān)對應(yīng)的預(yù)測電機電流以及#(‘1)，比較選擇獲得電機側(cè)變頻器 (2. 5)在、至tk時刻的三相開關(guān)狀態(tài)砣(Q) S^(tk) S^(tk) A 丄A9y9在直流母線側(cè)，直流側(cè)電容混沌參數(shù)估計模塊(2. 12)根據(jù)tk時刻實測直流母線電壓 Vdc (tk)和電網(wǎng)側(cè)和電機側(cè)變頻器在k至tk時刻所選擇開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)之前預(yù)測的電容充電電流zf ，實時估計出直流母線電容數(shù)值，其中tk_i時刻為前一時刻，tk時刻為當前時刻， tk+1時刻為下一時刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，其 特征在于所述混沌參數(shù)估計的方法如下采用狀態(tài)量比較差值初始設(shè)定模塊(3. 1)，設(shè)定預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量之差= 狀態(tài)量差值最小值A(chǔ)Xmin;采用混沌映射狀態(tài)量初始設(shè)定模塊(3. 2)，將參數(shù)初始值設(shè)置選為混沌映射初值 P(i)，其中混沌映射迭代次數(shù)i = 0 ；采用系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊(3. 3)，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)當前估計值和系統(tǒng)在tk時刻實測狀態(tài) 量預(yù)測系統(tǒng)在tk+1時刻狀態(tài)量；采用預(yù)測誤差計算模塊(3. 4)，計算當前參數(shù)估計值下系統(tǒng)在tk+1時刻預(yù)測狀態(tài)量和 系統(tǒng)在tk+1時刻實測狀態(tài)量之差；采用最小預(yù)測誤差判斷模塊(3. 5)，比較當前參數(shù)估計值下預(yù)測狀態(tài)量和實測狀態(tài)量 之差A(yù) &和狀態(tài)量差值最小值A(chǔ)Xmin，如果八&小于AXmin，執(zhí)行賦值模塊(3. 6)，即將當前 參數(shù)估計結(jié)果P(i)賦值給P。。ns，而賦值給AXmin，然后執(zhí)行更新模塊(3. 7)，即更新混 沌映射的迭代次數(shù)i — i+1 ；如果大于AXmin，則執(zhí)行更新模塊(3. 7)，即即更新混沌映 射的迭代次數(shù)i — i+1 ；采用迭代次數(shù)判斷模塊(3. 8)，判斷當前混沌映射迭代次數(shù)i是否超過給定最大迭代 次數(shù)N:如果超過了最大迭代次數(shù)，直接進入結(jié)束模塊(3. 10)結(jié)束混沌參數(shù)估計，得到即系 統(tǒng)參數(shù)的估計結(jié)果P。。ns ；如果i沒有超過N，系統(tǒng)進入混沌映射模塊(3. 9)，通過混沌映射產(chǎn) 生下一次狀態(tài)量即下一次迭代對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)估計值，然后繼續(xù)執(zhí)行系統(tǒng)狀態(tài)量預(yù)測模塊 (3. 3)，循環(huán)整個流程。
全文摘要
本發(fā)明公開一種有源中點箝位式多電平四象限電梯驅(qū)動系統(tǒng)及控制方法，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括有源中點箝位式四象限變頻器和驅(qū)動電梯傳動系統(tǒng)的電機。本發(fā)明控制方法通過預(yù)測并比較變頻器各種可能的開關(guān)狀態(tài)所對應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)，來選取其中成本函數(shù)最小的開關(guān)狀態(tài)作為下一個開關(guān)周期的開關(guān)狀態(tài)。本發(fā)明電梯驅(qū)動系統(tǒng)具有雙向功率傳輸能力，電網(wǎng)側(cè)波形好，功率因數(shù)高，高效節(jié)能。與之相適應(yīng)的控制方法簡單，并可以克服開關(guān)延時，而且系統(tǒng)具有參數(shù)自適應(yīng)功能，魯棒性強。
文檔編號H02J3/38GK101860039SQ20101016487
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者王政, 程明 申請人:東南大學(xué)