[發明專利]五相感應電機諧波損耗抑制效率優化控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 202110426296.3
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113131829B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 趙鏡紅;周楊威;吳媚;郭國強
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02P25/02
• 分類號: H02P25/02;H02P25/22;H02P21/00;H02P29/50
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 藍曉玉

本發明屬于電機控制技術領域，公開了一種五相感應電機諧波損耗抑制效率優化控制方法及控制系統，以五相電機轉子磁場定向下的等效電路為基礎，通過引入獨立鐵損回路，建立簡潔d?q基波空間損耗模型，采用諧波空間電流閉環消除x?y諧波空間對損耗模型的影響，得到五相感應電機的效率優化控制策略拓撲，進行五相感應電機諧波損耗抑制效率優化控制。本發明以諧波電流閉環消除諧波損耗影響，使用獨立鐵損支路簡化損耗模型，得出計算負擔較低的五相感應電機損耗模型，并提出相應控制策略。仿真結果表明，本發明在穩態下提高了電機效率，并極大程度上消除了多相電機特有的諧波空間損耗的影響。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，尤其涉及一種五相感應電機諧波損耗抑制效率優化控制方法及系統。

背景技術

目前，得益于五相感應電機的低轉矩脈動、高可靠性、低壓大功率等優勢，其在電動船舶推進、機車牽引、電動和混合動力電動汽車等領域收到越來越多關注。但當前對于五相電機控制算法的研究主要聚焦于缺相運行和諧波分析領域。在效率優化領域仍存在較大空缺。

常見的間接磁場定向控制拓撲給定恒磁鏈幅值，輕載工況下仍維持較高勵磁分量，在獲得較好的動態響應的同時導致電機損耗嚴重，因此各種效率優化控制策略本質上是弱磁控制(盡管某些特殊過載情況下效率最優磁鏈會超過額定值)。對于三相感應電機，效率優化或最小損耗控制(LMC)國內外已存在廣泛研究。通常將效率優化控制技術分為模型法和搜索法，后者由于搜索耗時較長(數百毫秒至數秒)、搜索過程推力震蕩大等問題，工程應用較少。基于矢量控制的模型法效率優化控制技術是當下研究的熱點，這類方法依賴準確的損耗模型，因而對電機參數較為敏感。但同時，模型復雜度也需要進行限制。

《Minimization of system-level losses in VSI-based induction motordrives:Offline strategies》以三相感應電機為對象，考慮了鐵損、銅損、逆變器、濾波電路、直流母線等損耗。問題在于：模型過于復雜，無法統一控制變量，只能進行離線查表。

《感應電機基于最大轉矩輸入功率比的能效優化》以三相感應電機為對象，采用并聯鐵損電阻支路的模型。提出的控制策略考慮了鐵損、銅損。問題在于：(1)三相感應電機不存在諧波空間損耗，難以直接應用于五相感應電機。(2)并聯鐵損支路使得損耗模型計算較為復雜。

《五相感應電機缺相容錯運行的全轉矩范圍效率優化控制策略》建立五相感應電機缺一相和兩相的效率優化控制策略。但是該方法存在問題為：(1)模型只能應用于缺相情況。(2)系數矩陣針對特定電機離線測得，難于推廣。(3)忽略了鐵損和諧波空間損耗，僅計算了銅損。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：當前，未有正常運行工況下、考慮諧波空間損耗的五相感應電機效率優化控制策略。而現存效率優化控制方法存在以下問題：其一，三相感應電機使用3-2旋轉變換，將三相自然坐標系變量變換為基波、諧波子空間進行控制。而五相感應電機存在諧波子平面，變換矩陣不同、控制選取的子空間具有多自由度，這是前者未考慮的。其二，現有的感應電機損耗控制模型未能很好的平衡模型復雜度與準確性，有些過于復雜只能離線查表、有些則過于簡化忽略了鐵芯損耗等；其三，傳統三相電機控制方法無法消除多相電機特有的諧波空間損耗。這些原因最終導致電機控制效率不佳。

解決以上問題及缺陷的難度為：其一，需要選取合適的變換矩陣，將自然坐標系下的五相電壓、電流、磁鏈等變量變換為基波、諧波、零序子平面。其二，為了兼顧模型準確度與簡潔性，必須適當的處理鐵損電阻在電路中的位置，如激磁電感并聯支路會使得電機的電壓方程組多出兩個等式，而激磁電感串聯鐵損電阻會帶來轉子磁鏈定向下轉子d軸電流i_dr不為零的矛盾。其三，五相感應電機的基波子平面、諧波子平面相互垂直，損耗變量無法統一建模，必須適當的設計控制拓撲分別控制或消除諧波影響。