[發明專利]一種永磁電機轉矩控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110069441.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN113162505A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 郭宏;平朝春;郭江艷;李鑫;王雙成;王艷紅;穆思葉
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/05;H02P21/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

1.一種永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1對獲取的當前k時刻永磁同步電機的定子電流和電流源變流器的濾波電容電壓進行一拍延時補償后，得到k+1時刻定子電流在d-q坐標系下定子電流矢量；

S2根據k+1時刻定子電流矢量計算k+2時刻定子電流參考值和濾波電容電壓參考值，并根據轉速外環的轉速控制器計算電磁轉矩參考值；

S3構建電流源變流器開關狀態組合，根據各開關狀態下電流源變流器的輸出電流矢量得到k+2時刻濾波電容電壓預測值、定子電流預測值和電磁轉矩預測值；

S4根據k+2時刻的定子電流參考值、電容濾波器的電壓參考值、電磁轉矩參考值、定子電流預測值、電容濾波器電壓預測值和電磁轉矩預測值構建全狀態變量的代價函數，并求解代價函數得到最優轉矩控制量。

2.如權利要求1所述的永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟S1中獲得k+1時刻的定子電流矢量的公式為：

其中，k、k+1表示當前時刻和下一時刻，i_sd(k+1)、i_sq(k+1)分別為定子電流矢量i_s轉換至d-q坐標系下的d軸和q軸分量，v_sd、v_sq分別為電容濾波器d、q軸電壓，ω為轉子磁鏈的電角速度，ψ_f為轉子永磁體磁鏈，L_d、L_q分別為定子d、q軸電感，R為單相定子繞組電阻，T_s為采樣周期。

3.如權利要求2所述的永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟S1中獲得k+2時刻的定子電流參考值、電容濾波器的電壓參考值的公式為：

且

其中，分別為定子電流矢量的參考值在d-q坐標系下的d軸和q軸分量，分別為電容濾波器d、q軸的參考電壓，ω為轉子磁鏈的電角速度，ψ_f為轉子永磁體磁鏈，L_d、L_q分別為定子d、q軸電感，R為單相定子繞組電阻，為電磁轉矩在k時刻的參考值，p是極對數。

4.如權利要求3所述的永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，所述電磁轉矩的計算公式為：

其中，ψ_f為轉子永磁體磁鏈，T_e(k+1)為k+1時刻的電磁轉矩，p是極對數，i_sq(k+1)為定子電流矢量i_s轉換至d-q坐標系下的q軸分量。

5.如權利要求1-4任一項所述的永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，所述變流器為一三相全橋電流源型逆變器，所述逆變器包括一直流電流源，所述直流電流源的正極P分別連接a相、b相和c相的上橋臂，所述直流電流源的負極N分別連接a相、b相和c相的下橋臂，各上橋臂和下橋臂上均設有至少一個開關，通過控制各所述開關的開閉生成所述變流器的狀態組合。

6.如權利要求5所述的永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，所述電容濾波器與所述三相全橋逆變器串聯，并設置在所述三相全橋逆變器與所述永磁電機之間。

7.如權利要求5所述的永磁電機轉矩控制方法，其特征在于，所述步驟S2中獲得k+1時刻的輸出的定子電流矢量的方法為：首先確定k+1時刻，各上橋臂和下橋臂上各開關的狀態，將開關開啟時表示為1，關閉時表示為0，根據開關狀態組合和直流電流i_dc計算變流器側的輸出電流矢量i_i：

其中，i_dc是直流電流，S_aP、S_aN、S_bP、S_bN、S_cP和S_cN分別為開關aP、aN、bP、bN、cP和cN的狀態，輸出電容濾波器上的電壓矢量的動力學方程為：

其中，i_s為流經電機定子繞組的電流矢量，v_s是電容濾波器的電壓。