一種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，該方法基于開(kāi)繞組結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，采用共直流電源結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)比例諧振控制器達(dá)到抑制零序電流的目的，該系統(tǒng)只涉及一個(gè)直流電源且不需要隔離，抑制零序電流只是在控制算法上改動(dòng)，不需要增加系統(tǒng)硬件成本。同時(shí)，本發(fā)明抑制零序電流方法，直接基于對(duì)零序電流的檢測(cè)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)電流閉環(huán)結(jié)構(gòu)，控制簡(jiǎn)單而又穩(wěn)定性強(qiáng)。相比于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)小了系統(tǒng)復(fù)雜度，降低了成本，同時(shí)，在不增加硬件的條件下，很好的解決了永磁體反電勢(shì)含有三次諧波的問(wèn)題，控制方法簡(jiǎn)單，且抗干擾能力強(qiáng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于鋁鎳鈷、鐵氧體和釹鐵硼等高磁能密度的永磁材料的出現(xiàn)，使永磁電機(jī)得到了空前的發(fā)展和壯大。同時(shí)，永磁電機(jī)摒棄了電刷、集電環(huán)等裝置，不需要?jiǎng)?lì)磁繞組和勵(lì)磁電源，大大減小了電機(jī)的損耗并且提高了電機(jī)的運(yùn)行可靠性。永磁電機(jī)由于其高功率密度、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及運(yùn)行可靠等性能，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于航天、汽車(chē)、國(guó)防和發(fā)電等各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]近年來(lái)，有人提出開(kāi)繞組電機(jī)結(jié)構(gòu)，即將傳統(tǒng)的Y接繞組中性點(diǎn)解開(kāi)，繞組兩端各接一個(gè)變流器，通過(guò)對(duì)兩個(gè)變流器的控制，可以實(shí)現(xiàn)三電平控制，提高了電機(jī)的電壓等級(jí)，并且減小了電壓調(diào)制的諧波含量。將開(kāi)繞組結(jié)構(gòu)運(yùn)用于永磁電機(jī)，電機(jī)反電勢(shì)依賴于永磁體結(jié)構(gòu)，實(shí)際中永磁體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反電勢(shì)往往存在三次諧波。傳統(tǒng)的開(kāi)繞組永磁電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)下，兩個(gè)變流器分別連接到兩個(gè)隔離的直流電源，由于兩直流電源隔離，系統(tǒng)中不存在零序電流回路，即使電壓中存在三次諧波，也不會(huì)產(chǎn)生零序電流，但是由于系統(tǒng)需要兩個(gè)隔離的直流源，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。然而，如圖2所示，當(dāng)兩變流器共用同一直流電源時(shí)，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)存在零序電流回路，又由于永磁電機(jī)中存在反電勢(shì)三次諧波，故系統(tǒng)中會(huì)有零序電流流通，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，軸承發(fā)熱等問(wèn)題。
[0004]基于以上考慮，為了抑制零序電流，有人提出了在三相回路上串電感來(lái)抑制三次及更高次諧波電流的大小，然而串入電感會(huì)增加系統(tǒng)硬件成本和復(fù)雜度，同時(shí)，也會(huì)增加系統(tǒng)的損耗和無(wú)功功率。也有人提出，使用電壓空間矢量調(diào)制時(shí)，采用無(wú)共模電壓的矢量進(jìn)行調(diào)制，消除逆變器產(chǎn)生的零序電壓，此方法適用于感應(yīng)電機(jī)，然而針對(duì)于永磁電機(jī)，永磁體反電勢(shì)中存在三次諧波得不到抑制，同時(shí)該方法只是基于開(kāi)環(huán)控制，易受各種擾動(dòng)影響，誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，能夠有效抑制共直流電源結(jié)構(gòu)開(kāi)繞組永磁電機(jī)的零序電流，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，抗干擾能力強(qiáng)。
[0006]一種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，包括如下步驟:
[0007](I)采集電機(jī)的三相定子電壓、三相定子電流以及公共的直流母線電壓，進(jìn)而通過(guò)測(cè)量或估算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角；
[0008](2)利用所述的轉(zhuǎn)子位置角對(duì)三相定子電流進(jìn)行dq變換(同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換)，得到三相定子電流的d軸分量和q軸分量；[0009](3)根據(jù)所述的轉(zhuǎn)速以及三相定子電流的d軸分量和q軸分量，計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際輸出功率、有功軸電壓補(bǔ)償量和無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量；進(jìn)而根據(jù)基于無(wú)功軸電流為零的矢量控制算法計(jì)算出電機(jī)的有功軸電壓指令Uq和無(wú)功軸電壓指令Ud ；
[0010](4)取三相定子電流的平均值作為零序電流分量，對(duì)所述的零序電流分量進(jìn)行比例諧振控制以確定電機(jī)的零軸電壓指令Utl ；
[0011](5)通過(guò)對(duì)電機(jī)的零軸電壓指令Utl、有功軸電壓指令Uq和無(wú)功軸電壓指令Ud進(jìn)行分配，得到對(duì)應(yīng)電機(jī)兩側(cè)變流器的兩套電壓指令；進(jìn)而對(duì)這兩套電壓指令進(jìn)行dq反變換，并通過(guò)SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術(shù)構(gòu)造得到兩組PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)以分別對(duì)電機(jī)兩側(cè)變流器進(jìn)行控制。
[0012]所述的步驟(1)中采用反電勢(shì)估測(cè)法或高頻信號(hào)注入法估算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和和轉(zhuǎn)子位置角。
[0013]所述的步驟(2)中根據(jù)以下表達(dá)式對(duì)三相定子電流進(jìn)行dq變換:
【權(quán)利要求】
1.一種基于比例諧振控制的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，包括如下步驟: (1)采集電機(jī)的三相定子電壓、三相定子電流以及公共的直流母線電壓，進(jìn)而通過(guò)測(cè)量或估算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角； (2)利用所述的轉(zhuǎn)子位置角對(duì)三相定子電流進(jìn)行dq變換，得到三相定子電流的d軸分量和q軸分量； (3)根據(jù)所述的轉(zhuǎn)速以及三相定子電流的d軸分量和q軸分量，計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際輸出功率、有功軸電壓補(bǔ)償量和無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量；進(jìn)而根據(jù)基于無(wú)功軸電流為零的矢量控制算法計(jì)算出電機(jī)的有功軸電壓指令Uq和無(wú)功軸電壓指令Ud ； (4)取三相定子電流的平均值作為零序電流分量，對(duì)所述的零序電流分量進(jìn)行比例諧振控制以確定電機(jī)的零軸電壓指令Utl ； (5)通過(guò)對(duì)電機(jī)的零軸電壓指令uO、有功軸電壓指令Uq和無(wú)功軸電壓指令Ud進(jìn)行分配，得到對(duì)應(yīng)電機(jī)兩側(cè)變流器的兩套電壓指令；進(jìn)而對(duì)這兩套電壓指令進(jìn)行dq反變換，并通過(guò)SPWM技術(shù)構(gòu)造得到兩組PWM信號(hào)以分別對(duì)電機(jī)兩側(cè)變流器進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中采用反電勢(shì)估測(cè)法或高頻信號(hào)注入法估算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和和轉(zhuǎn)子位置角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中根據(jù)以下表達(dá)式對(duì)三相定子電流進(jìn)行dq變換:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，其特征在于:所述的步驟(3)中根據(jù)以下算式計(jì)算電機(jī)的實(shí)際輸出功率、有功軸電壓補(bǔ)償量和無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，其特征在于:所述的步驟(3)中基于無(wú)功軸電流為零的矢量控制算法的具體實(shí)現(xiàn)方式如下: Al.使預(yù)設(shè)的目標(biāo)輸出功率減去所述的實(shí)際輸出功率，得到功率誤差； A2.對(duì)所述的功率誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到有功軸電流指令，并令無(wú)功軸電流指令為零；A3.使無(wú)功軸電流指令和有功軸電流指令分別減去三相定子電流的d軸分量和q軸分量，得到無(wú)功軸電流誤差和有功軸電流誤差； A4.分別對(duì)有功軸電流誤差和無(wú)功軸電流誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到有功軸電壓誤差和無(wú)功軸電壓誤差；使電機(jī)的有功軸電壓補(bǔ)償量和無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量分別減去有功軸電壓誤差和無(wú)功軸電壓誤差，即得到電機(jī)的有功軸電壓指令Uq和無(wú)功軸電壓指令ud。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)零序電流的方法，其特征在于:所述的步驟(4)中通過(guò)以下算式對(duì)零序電流分量進(jìn)行比例諧振控制:
【文檔編號(hào)】H02P21/12GK103997273SQ201410145310
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】年珩, 曾恒力, 周義杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)