[發(fā)明專利]一種三電平變流器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710150121.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN107040181B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓丁;陳特放;成庶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/30
• 分類號(hào): H02P21/30;H02P21/14
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李弘

本發(fā)明公開了一種三電平變流器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法與裝置包括：使用PI轉(zhuǎn)矩控制器與目標(biāo)電壓矢量計(jì)算單元確定輸出的兩相目標(biāo)電壓矢量；將兩相目標(biāo)電壓矢量轉(zhuǎn)化為三相參考電壓矢量；確定三相參考電壓矢量所在的扇區(qū)；在三相參考電壓矢量所在的扇區(qū)內(nèi)選擇有利于中點(diǎn)電位平衡的小矢量參與合成目標(biāo)參考電壓矢量。本發(fā)明能夠精確計(jì)算矢量時(shí)間、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、減少開關(guān)損耗與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種三電平變流器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法與裝置。

背景技術(shù)

三電平NPC(three-level neutral point clamped)拓?fù)渥蕴岢鲆詠?lái)，就在中高壓交流傳動(dòng)、柔性輸電、電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和吸收等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。中點(diǎn)電位不平衡是二極管箝位型三電平逆變器的固有問題，中點(diǎn)電位的不平衡會(huì)大幅增加輸出電壓和電流諧波，導(dǎo)致開關(guān)管承受應(yīng)力變大，甚至造成負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩大幅震蕩。特別在電機(jī)控制領(lǐng)域，基于三電平變流器的直接轉(zhuǎn)矩控制一直以來(lái)是研究的熱點(diǎn)問題。

傳統(tǒng)的中點(diǎn)電位平衡方法根據(jù)中點(diǎn)電壓偏移和負(fù)載電流的方向來(lái)分配小矢量和中矢量的作用時(shí)間來(lái)平衡中點(diǎn)電位。根據(jù)中點(diǎn)電位偏移方向，調(diào)整成對(duì)小矢量的作用時(shí)間，增加有利于中點(diǎn)電位平衡的小矢量作用時(shí)間，減少不利于中點(diǎn)電位平衡的小矢量作用時(shí)間，平衡中點(diǎn)電位的偏移。但這類方法沒有考慮到中點(diǎn)電位偏移時(shí)成對(duì)小矢量幅值不相等，對(duì)矢量時(shí)間的計(jì)算不精確。且由于使用成對(duì)兩個(gè)小矢量，會(huì)使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，開關(guān)損耗大。

傳統(tǒng)的三電平直接轉(zhuǎn)矩控制是通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)來(lái)選擇最合適的電壓矢量，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，也導(dǎo)致在固定的采樣周期內(nèi)，開關(guān)頻率不恒定，無(wú)法充分利用功率器件的容量，產(chǎn)生不同階次的諧波。同時(shí)由于滿足轉(zhuǎn)矩和磁鏈的電壓矢量，可能會(huì)使三電平變流器中點(diǎn)電位偏移，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩震蕩。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中直接轉(zhuǎn)矩控制方法對(duì)矢量時(shí)間的計(jì)算不精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢、開關(guān)損耗大、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的問題，目前尚未有有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種三電平變流器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法與裝置，能夠精確計(jì)算矢量時(shí)間、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、減少開關(guān)損耗與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

基于上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種三電平變流器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括：

使用PI轉(zhuǎn)矩控制器與目標(biāo)電壓矢量計(jì)算單元確定輸出的兩相目標(biāo)電壓矢量；

將兩相目標(biāo)電壓矢量轉(zhuǎn)化為三相參考電壓矢量；

確定三相參考電壓矢量所在的扇區(qū)；

在三相參考電壓矢量所在的扇區(qū)內(nèi)選擇有利于中點(diǎn)電位平衡的小矢量參與合成目標(biāo)參考電壓矢量。

在一些實(shí)施方式中，所述使用PI轉(zhuǎn)矩控制器與目標(biāo)電壓矢量計(jì)算單元確定輸出的兩相目標(biāo)電壓矢量包括：

觀測(cè)磁鏈，獲得估算定子磁鏈?zhǔn)噶浚?/p>

根據(jù)磁鏈與PI轉(zhuǎn)矩控制器獲得參考定子磁鏈?zhǔn)噶浚?/p>

根據(jù)參考定子磁鏈?zhǔn)噶颗c估算定子磁鏈?zhǔn)噶揩@得定子磁鏈偏差；

根據(jù)定子磁鏈轉(zhuǎn)矩角確定電磁轉(zhuǎn)矩；

根據(jù)定子磁鏈偏差與電磁轉(zhuǎn)矩確定兩相目標(biāo)電壓矢量。

在一些實(shí)施方式中，所述將兩相目標(biāo)電壓矢量轉(zhuǎn)化為三相參考電壓矢量為根據(jù)以下對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化：

其中，所述兩相目標(biāo)電壓矢量分別為U_α、U_β，所述三相參考電壓矢量分別為U_a、U_b、U_c。