[發(fā)明專利]一種雙三電平逆變器模型預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制策略

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910207441.1
• 申請(qǐng)日: 2019-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN109980972A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳迪;胡家全;陳繼峰;朱芮;華國(guó)武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮海工學(xué)院
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M1/32
• 代理公司: 北京科家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明提供的一種雙三電平逆變器模型預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制策略，在價(jià)值函數(shù)中，以定子電流為跟蹤目標(biāo)，引入中點(diǎn)電位平衡的約束度調(diào)節(jié)直流母線電壓，同時(shí)加入了開關(guān)頻率的約束項(xiàng)，然后基于零序電壓的自由度限制零序環(huán)路，在單橋臂故障時(shí)，選取可用的零共模矢量作為優(yōu)化的目標(biāo)矢量，消除零序電流的同時(shí)大大縮減了計(jì)算延時(shí)；單管故障時(shí)，可用零共模矢量無法滿足控制需要，離散選取優(yōu)化開關(guān)矢量的子集，最后，對(duì)所提方案進(jìn)行了仿真驗(yàn)證的同時(shí)與傳統(tǒng)方案對(duì)比分析，結(jié)果表明了所提方法的有效性與可行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙三電平逆變器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙三電平逆變器模型預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制策略。

背景技術(shù)

異步電機(jī)由于其堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維修、高運(yùn)行效率、制造工藝簡(jiǎn)單在70％的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，但是，又由于高壓大功率以及良好的輸出波形的需要，傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下開關(guān)器件的耐壓和共模電壓?jiǎn)栴}制約了異步電機(jī)的發(fā)展。2000年的學(xué)者E.G.Shivakumar和K.Gopakumar提出了雙逆變器饋電的開繞組電機(jī)的拓?fù)?開繞組拓?fù)涫峭ㄟ^將定子繞組的星形中性點(diǎn)打開而兩端由兩個(gè)逆變器分別饋電的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。雙逆變器的拓?fù)湓谕入娖綌?shù)下結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，開關(guān)器件的應(yīng)力也會(huì)降低，得益于開繞組獨(dú)特的交錯(cuò)互連結(jié)構(gòu)，輸出波形能夠得到明顯改善，同時(shí)由于缺少了輸出端變壓器的需求，系統(tǒng)成本和體積都會(huì)降低，更加難能可貴的是，由于冗余開關(guān)矢量數(shù)目龐大，該拓?fù)溥m用于容錯(cuò)控制。

由于直流端供電母線的差異，雙逆變器可分為共母線雙逆變器拓?fù)浜酮?dú)立母線雙逆變器拓?fù)洹?duì)于前者來說，一個(gè)直流母線饋電節(jié)約成本，但是同時(shí)帶來了共模電壓和零序環(huán)路問題；而獨(dú)立母線拓?fù)湓黾恿艘徽自O(shè)備，雖沒有零序環(huán)路和共模電壓，但是降低了直流母線電壓利用率和電機(jī)的功率密度。

現(xiàn)有的文獻(xiàn)對(duì)于雙逆變器的容錯(cuò)控制技術(shù)的研究尚有所欠缺；目前，有的提出了一種參考矢量解耦的兩側(cè)逆變器合成五電平電壓矢量的容錯(cuò)策略，能夠在額定速度降低一半的情況下，實(shí)現(xiàn)故障后的容錯(cuò)控制，但是實(shí)現(xiàn)過程較為復(fù)雜，同時(shí)，數(shù)字控制器固有采樣、計(jì)算等延時(shí)及PI控制都會(huì)降低電流環(huán)的帶寬。近年來，隨著微處理器的快速發(fā)展，模型預(yù)測(cè)控制作為一種最優(yōu)化控制方案得到了深度關(guān)注，在電源轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)器有廣泛的應(yīng)用前景，該控制系統(tǒng)是基于模型預(yù)測(cè)未來行為的可觀性系統(tǒng)，基于開關(guān)狀態(tài)的離散特性，有限控制集模型預(yù)測(cè)(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)利用目標(biāo)函數(shù)預(yù)測(cè)未來每個(gè)有效切換的行為價(jià)值，選用序列的第一個(gè)有效狀態(tài)。有的提出了一種模型預(yù)測(cè)容錯(cuò)功率控制策略，并通過注入偏置直流電流實(shí)現(xiàn)了母線電容電壓的動(dòng)態(tài)平衡，但是比例系數(shù)的整定過程較為繁復(fù)。有的提出了一種排序故障后開關(guān)序列的模型預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制方案，實(shí)現(xiàn)了15電平逆變器的故障條件下的降額運(yùn)行，缺點(diǎn)是計(jì)算量過于龐大，沒有進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償。綜上可知，我們看到了模型預(yù)測(cè)技術(shù)在雙逆變器容錯(cuò)控制方面的可行性，但是，對(duì)于雙三逆變器來說，開關(guān)狀態(tài)多達(dá)729個(gè)，空間電壓矢量也有61個(gè)，必須采用一定的快速模型預(yù)測(cè)方案。有的提出了一種離線有限控制集子集的快速模型預(yù)測(cè)控制方案，它通過開關(guān)頻率切換選取有效歸類子集而將單個(gè)周期內(nèi)的優(yōu)化維度從93降到43，有效地縮減了延時(shí)時(shí)間。有些表征了一種將開關(guān)矢量分為6個(gè)扇區(qū)，同時(shí)利用轉(zhuǎn)矩誤差與零的正負(fù)關(guān)系，將開關(guān)矢量從19個(gè)縮減到6個(gè)，但是，對(duì)于模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制來說滾動(dòng)優(yōu)化的量為轉(zhuǎn)矩與磁鏈，有著比模型預(yù)測(cè)電流控制單一滾動(dòng)優(yōu)化量更長(zhǎng)的計(jì)算延時(shí)，另外，模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制有著更大的電流和轉(zhuǎn)矩波紋，對(duì)于雙三電平逆變器的容錯(cuò)控制來說，顯然模型預(yù)測(cè)電流控制是更好選的。

發(fā)明內(nèi)容