[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

本發明涉及一種永磁電機轉矩控制方法及系統，包括：通過當前k時刻永磁電機的定子電流和變流器的電容濾波器的電壓獲得k+1時刻的定子電流矢量，并根據k+1時刻定子電流矢量計算k+2時刻的定子電流參考值、電容濾波器的電壓參考值和電磁轉矩參考值；根據變流器的狀態組合，獲得各狀態對應的k+2時刻的電容濾波器的輸出電壓和k+1時刻的輸出的定子電流矢量；根據k+1時刻的輸出的定子電流矢量計算k+2時刻定子電流輸出值和電磁轉矩輸出值；根據上述獲得的數據構建全狀態變量的轉矩代價函數，并求解轉矩代價函數得到最優轉矩控制量。通過同時控制永磁電機定子電流和變流器電容濾波器電壓，有效抑制LC網絡的諧振，減小輸出轉矩脈動。

技術領域

本發明涉及一種永磁電機轉矩控制方法及系統，屬于電機控制技術領域。

背景技術

電流源型變流器(Current Source Converter,CSC)具有對電機側友好的低電壓變化率(dV/dt)的特點，其輸出側必須經過電容濾波器后輸出電能，經過濾波之后的電容電壓高頻成分大大降低，因此適合長電纜驅動系統；此外，電流源型變流器還具有結構簡單、短路自保護能力、成本低等優點。

然而，電流源型變流器的電容濾波器與永磁電機的定子電感會構成LC網絡，當驅動系統內的諧波頻率趨近該LC網絡的諧振頻率時，諧波電流會進一步放大，進而導致輸出轉矩的高頻振蕩，甚至導致系統失穩；因此，需對變流器驅永磁電機系統中的諧振進行抑制。

為了解決上述問題，現有技術中通常包括無源阻尼法和有源阻尼法兩種方法。

無源阻尼法通過在電機定子的電感支路上串聯電阻或電容支路，并與電容濾波器并聯的方式抑制輸出電流的振蕩；該方法簡單有效，但引入了額外的損耗，降低了變換器的轉換效率；在中壓驅動時，無源阻尼的引入帶來了功率損耗和發熱問題，極大地增加系統運行成本；此外，無源阻尼通過電阻大小設置阻尼大小，安裝完成之后調整不便，且電容濾波器會發生老化，系統諧振頻率會隨電容值發生變化，阻尼特性也會相應產生變化。

有源阻尼法通過在控制策略中增加模擬阻尼特性的控制環路，抑制輸出電流的振蕩；但該方法需要設置前饋回路，并進行諧波檢測，實現和調試過程復雜，且多采用級聯式結構，動態性能差；此外，對于大功率應用場景，開關頻率需要嚴格限制。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供了一種永磁電機轉矩控制方法及系統，通過同時控制永磁電機定子電流和變流器電容濾波器電壓，有效抑制LC網絡的諧振，減小輸出轉矩脈動。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種永磁電機轉矩控制方法，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。

進一步，步驟S1中獲得k+1時刻的定子電流矢量的公式為：