[發明專利]一種新型異步電機直接轉矩控制方法

在審

• 申請號: 201611091338.8
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN108134552A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 邢桂蘭
• 申請（專利權）人: 邢桂蘭
• 主分類號: H02P21/30
• 分類號: H02P21/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種新型異步電機直接轉矩控制方法，該方法通過建立異步電機離散時間預測模型，對不同開關矢量作用下的系統輸出矢量進行軌跡外推，形成長預測范圍的輸出軌跡。同時分析三電平逆變器在開關切換時產生的開關損耗，以逆變器的平均開關損耗為價值函數，對不同開關矢量作用的輸出軌跡進行在線評估，得到最優的開關矢量并將其作用于逆變器，從而有效降低了逆變器的開關損耗。該方法能夠有效降低逆變器的開關損耗，并且能夠使系統運行在300 Hz左右的低開關頻率下的同時獲得快速的動態響應能力和較理想的電流諧波性能。相較于其它低開關頻率方法，尤其在輕載的情況下能夠明顯降低逆變器的開關損耗。

技術領域

本發明屬于直接轉矩控制領域，尤其涉及一種新型的異步電機低開關損耗的模型預測直接轉矩控制方法。

背景技術

在中高壓大功率驅動領域，驅動裝置的效率已經成為不容忽視的性能指標。 降低功率器件的開關損耗，能夠提高逆變器的效率。目前存在兩種降低逆變器開關損耗的方法，一種是間接方法，以降低開關頻率為目標，通過減少開關器件的開關次數來降低逆變器的開關損耗；另一種則直接以降低開關損耗為目標，通過降低開關器件每一次開關動作時產生的開關損耗來降低逆變器的損耗。

大容量電機驅動的研究主要集中在降低逆變器開關頻率方面，鮮有研究涉及直接以開關損耗為優化目標的控制方法。有的學者通過設計一種基于仿射非線性系統的魯棒控制器，實現了同步電機在低開關頻率下定子電流勵磁分量和轉矩分量的動態解耦；還有的文獻實現了在 1 k Hz 的低開關頻率下對異步電機轉矩脈動的抑制。但是，這些都是以降低開關頻率為目標，在減少逆變器開關損耗方面能力有限。近年來，模型預測控制在電力電子和電機驅動領域受到越來越多的重視。有學者結合模型預測方法，實現了電機電流的無差拍控制；給出一種基于無差拍控制的有源電力濾波器網側電流直接控制方法；根據內部預測模型預測長范圍內系統的輸出變量，以開關頻率為優化目標，有效地降低了逆變器的開關頻率。但是，同樣存在降低逆變器開關損耗能力有限的問題。針對這一問題，將模型預測應用于矩陣變換器，提出以開關損耗為優化目標，有效地降低了矩陣變換器的開關損耗。但這種控制策略實際上是單步預測控制，難以兼顧多個控制目標。

發明內容

本發明就是針對上述問題，提供了一種新型的異步電機低開關損耗的模型預測直接轉矩控制方法，該方法通過建立異步電機離散時間預測模型，對不同開關矢量作用下的系統輸出矢量進行軌跡外推，形成長預測范圍的輸出軌跡。同時分析三電平逆變器在開關切換時產生的開關損耗，以逆變器的平均開關損耗為價值函數，對不同開關矢量作用的輸出軌跡進行在線評估，得到最優的開關矢量并將其作用于逆變器，從而有效降低了逆變器的開關損耗。

本發明采用的技術方案是，一種新型異步電機直接轉矩控制方法，包括模型預測控制器、低開關損耗模型預測直接轉矩控制算法。

所述的模型預測控制器，利用系統離散時間預測模型，對不同開關矢量作用下的系統輸出矢量進行軌跡外推，直到其中任一輸出矢量的軌跡觸及到其滯環邊界為止，此時的外推步長即為該開關矢量作用下的預測范圍。

所述的低開關損耗模型預測直接轉矩控制算法，利用離散預測模型，根據當前的狀態矢量、上一時刻開關矢量和輸出變量的給定滯環邊界，求出最優的開關序列。

本發明的有益效果是：本發明的新型異步電機直接轉矩控制方法，在保證電機運行性能的前提下，使得開關矢量的切換盡可能地發生在電流較小的時候，有效降低了逆變器的開關損耗。本發明所提出的低開關損耗模型預測直接轉矩控制算法能夠使系統運行在300 Hz左右的低開關頻率下的同時獲得快速的動態響應能力和較理想的電流諧波性能。相較于其它低開關頻率方法，尤其在輕載的情況下能夠明顯降低逆變器的開關損耗。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。本發明保護范圍不僅局限于以下內容的表述。

圖 1 是本發明電路原理框圖。