[發明專利]一種基于虛擬矢量的開繞組永磁電機電流預測控制方法

有效

• 申請號: 201710251609.X
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107070347B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 宋戰鋒;張志朋;陳煒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P25/092
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基于虛擬矢量的開繞組永磁電機電流預測控制方法，包括：舍去含有共模電壓的開關組合和部分零矢量開關組合，獲取不含共模電壓的電壓矢量；利用篩選的不含共模電壓的電壓矢量，合成幅值隨負載變化、方向與有效矢量相同的6個虛擬矢量；通過7個固有矢量和6個虛擬矢量組成開關函數；開關函數需經過虛擬矢量調制環節得到開關組合；獲取僅由電流誤差項組成的開關函數的評價函數，根據13種評價函數值選取最優開關函數；將最優開關函數經過外部虛擬矢量調制后生成開關信號作用到系統，即可實現對電流控制的同時、穩定開關頻率。本發明克服了傳統開繞組永磁電機預測控制中開關頻率不固定、共模電壓抑制效果有待提高等不足。

技術領域

本發明涉及電機系統及控制領域，尤其涉及一種基于虛擬矢量的開繞組永磁電機電流預測控制方法。

背景技術

開繞組電機是將傳統三相電機的中性點打開，構成具有雙端口的繞組開放式結構，電機的磁路及結構沒有改變，開繞組結構電機不改變傳統電機的基本性能，并且由于中性點打開之后各相電機繞組之間的約束關系不再存在，各相繞組獨立，可以在一定程度上提高電機本體的可靠性和電機驅動系統的容錯能力。電機的兩個端口分別接入變流器，通過兩端口的變流器協調控制，可以將功率分配到兩個變流器上，較好的地滿足了大功率電機系統對變流器的需求，因此開繞組電機控制技術的研究成為當前交流電機研究的重要拓展方向。目前，開繞組永磁同步電機驅動系統因為兼具傳統永磁同步電機高功率密度、高效率、高性能的特點、以及開繞組電機的優點，已經成為電機系統發展的新方向。

根據端口兩端所接變流器供電方式的不同，開繞組永磁電機驅動系統可分為單電源供電的共直流母線型和雙電源供電的隔離型兩種拓撲結構。與隔離型結構相比，共直流母線型結構因其較低的成本和較小的體積得到廣泛應用。在該類結構中，由于變流器、電機和直流母線形成回路，當變流器輸出電壓含有共模分量時會在回路中形成零序電流，這會對電機軸和開關器件造成危害，因此在開繞組電機的控制中，對共模電壓的抑制是一個重要內容。

目前開繞組永磁電機多采用矢量控制，該方法對共模電壓的抑制基于零矢量重分配原理，共模電壓抑制效果與零矢量作用時間有關，要獲得較理想的抑制效果，需要適當增大直流側母線電壓，并且矢量控制中采用的空間矢量調制策略結構較為復雜。

預測控制是近年興起的一種控制算法。該方法是基于被控模型對系統未來行為進行預測，結合系統歷史信息，通過滾動優化策略得出控制量的控制方法。相較于傳統矢量控制，該方法結構較為簡單，此外，預測控制中的評價函數可以根據系統約束靈活組成，這使預測控制具備了處理多約束問題的能力。因此預測控制在開繞組永磁電機驅動系統中的應用對簡化控制系統結構具有重要作用。

傳統的預測控制是通過在評價函數中添加共模電壓抑制項來抑制開繞組永磁電機驅動系統中的共模電壓，但該方法只是軟約束，并不能徹底消除共模電壓，并且該方法中開關頻率不固定，這也為系統的設計帶來一定困難。因此研究優化預測控制在開繞組電機中的應用對提高開繞組永磁電機控制性能具有重要意義。

發明內容

本發明提供了一種基于虛擬矢量的開繞組永磁電機電流預測控制方法，本發明克服了傳統開繞組永磁電機預測控制中開關頻率不固定、共模電壓抑制效果有待提高等不足，詳見下文描述：

一種基于虛擬矢量的開繞組永磁電機電流預測控制方法，所述控制方法包括以下步驟：

為了消除共模電壓，舍去含有共模電壓的開關組合和部分零矢量開關組合，獲取不含共模電壓的電壓矢量；

利用篩選的不含共模電壓的電壓矢量，合成幅值隨負載變化、方向與有效矢量相同的6個虛擬矢量；

通過7個固有矢量和6個虛擬矢量組成開關函數；所述開關函數需經過虛擬矢量調制環節得到開關組合；

獲取僅由電流誤差項組成的開關函數的評價函數，根據13種評價函數值選取最優開關函數；