[發明專利]共母線開繞組永磁同步電機協同空間矢量調制方法

有效

• 申請號: 201810166251.5
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108418493B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 年珩;何峪嵩
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種基于Z源雙逆變器的共母線開繞組永磁同步電機協同空間矢量調制方法，其采用比例積分?諧振控制器和零矢量重分配方法抑制零序電流，能夠有效抑制系統零序電流，同時保證調制兩個逆變器調制輸出的有效電壓空間矢量作用時間不受影響，保證了系統的正常穩定運行。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體涉及一種基于Z源雙逆變器的共母線開繞組永磁同步電機協同空間矢量調制方法。

背景技術

能源是人類生存和社會經濟發展的重要基礎，尤其是在第二次工業革命以來，對能源的有效開發和利用，極大地促進了社會的發展。然而，人類對能源的需求日益增長，不可再生能源逐漸枯竭，如何更有效地利用能源、發展可再生能源成為目前各國關心的問題。而我國的石油、天然氣對外依存度較高，在能源安全方面存在隱患。另外，石油、煤炭等化石燃料的大量燃燒造成的環境污染問題也日趨嚴峻。近年來，大力發展新能源汽車，尤其是電動汽車已成為我國緩解能源壓力、降低溫室氣體排放、減少環境污染一項重要舉措。而電機及其驅動控制系統是電動汽車研制的關鍵技術之一，高性能的電機及驅動系統有助于電動汽車更好地發揮其節能優勢。

相對于其他種類電機，永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具備較大的功率密度和更高的效率，無勵磁繞組及電刷結構，擁有更高的運行可靠性，且運行噪聲較低，是相對理想的電動汽車驅動電機。而我國擁有豐富的稀土資源，目前探明的稀土儲量有6588萬噸左右，因此在大規模發展和應用永磁同步電機方面具有較大的優勢。

而電動汽車對永磁同步電機運行轉速范圍有較高的要求。對永磁同步電機來說，運行轉速越高，所需要的直流母線電壓就越高，這樣會不斷提升直流供電電源的體積和成本，同時對電力電子器件的耐壓等級也提出了更高的要求。面對這一問題，一種解決方式是采用開繞組電機結構：將傳統的永磁同步電機定子三相繞組的連接點打開，在繞組的兩側各連接一個逆變器進行供電。

傳統的開繞組永磁同步電機(Open Winding-Permanent Magnet SynchronousMotor，OW-PMSM)系統結構，其主要由開繞組永磁同步電機以及兩組電壓源型逆變器組成，圖1(a)為隔離直流母線結構，圖1(b)為共直流母線結構。在隔離直流母線拓撲結構中，開繞組電機兩側逆變器分別由兩個隔離的直流供電電源供電，其供電系統復雜度較大，成本較高；而共直流母線結構的優勢在于只需要一個直流供電電壓源，節省了成本，也減小了供電系統的體積。但是由于形成了零序電流回路，共模電壓會導致零序電流產生，易造成較大的三相電流畸變和轉矩脈動，產生額外的電機損耗，需要加入零序電流控制環以抑制零序電流。

為了在直流供電電源的電壓不能進一步提高的情況下，為了使得開繞組同步電機獲得更高的運行轉速范圍，可以采用Z源逆變器以提升開繞組同步電機兩側的電壓。Z源逆變器模型如圖2所示，其中Z源阻抗網絡由兩個大小相等的電容C1、C2、兩個大小相等的電感L1、L2以及直流側二極管D組成。Z源阻抗網絡將直流電源與逆變橋耦合在一起，通過控制同一橋臂上下側功率器件的直通，實現逆變橋輸入側電壓的提升，向負載進行供電。Z源逆變器擁有靈活的升降壓特性，且成本低、可靠性高，在電機驅動、光伏發電、風力發電等領域都得到了非常廣泛的研究和應用。

圖3為基于Z源-雙逆變器供電的共直流母線永磁同步電機系統拓撲結構，Z源-雙逆變器由Z源阻抗網絡及兩個電壓源逆變器構成。由于圖3中逆變器1和逆變器2共直流母線，同樣需要存在零序電流回路，需要采用零序電流抑制策略。另外，逆變器1和逆變器2中某一個逆變器的某一相橋臂處于直通狀態時，三相逆變橋母線電壓差即變為0，如果此時另一逆變器正在調制輸出有效電壓空間矢量，此時調制輸出的有效電壓矢量將會失去實際效果。因此，Z源-雙逆變器供電的共直流母線OW-PMSM系統兩側逆變器需要進行協同控制，以保證調制輸出的有效電壓空間矢量作用時間不受影響。

發明內容