[發明專利]基于MMC-PET的永磁同步電機無源控制驅動系統

在審

• 申請號: 202110685280.4
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113422556A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 程啟明;傅文倩;葉培樂;謝怡群;周雅婷
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H02P21/28
• 分類號: H02P21/28;H02P21/22;H02P21/00;H02P25/022;H02P27/06;H02P27/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;徐穎

1.一種基于MMC-PET的永磁同步電機無源控制驅動系統，其特征在于，采用輸入級、中間級和輸出級的3級式結構向無源網絡供電；

輸入級：高壓電通過模塊化多電平換流器MMC對三相交流進行整流；

中間級：采用串聯輸入、并聯輸出的雙有源橋式變換器對輸入級輸出直流電進行隔離降壓；

輸出級：采用三相全橋逆變器，三相全橋逆變器輸出連接永磁同步電機。

2.根據權利要求1所述基于MMC-PET的永磁同步電機無源控制驅動系統，其特征在于，所述輸入級的MMC由每相上、下2橋臂三相共6個橋臂構成，每個橋臂都由N個子模塊SM與橋臂電感L_s和橋臂等值電阻R_s相互串聯而成；每一個SM都采用半橋的結構，包含2個反并聯了二極管的IGBT和1個并聯在2個串聯IGBT兩端的儲能電容C。

3.根據權利要求2所述基于MMC-PET的永磁同步電機無源控制驅動系統，其特征在于，所述輸入級的MMC的控制方法：

根據MMC拓撲結構，根據Kirchhoff定律，得MMC換流器的數學模型為：

式中：u_sa、u_sb、u_sc分別為輸入高壓端三相交流電壓；i_sa、i_sb、i_sc分別為輸入MMC換流器的三相交流電流；L₀、R₀分別為三相高壓端與MMC換流器每相連接線路電感和電阻；u_a、u_b、u_c分別為MMC換流器輸出三相直流電壓；u_dc為MMC換流器的輸出直流電壓；u_jp、u_jn分別為第j相上、下臂電壓；i_jp、i_jn分別為第j相上、下臂電流；j＝a、b、c三相；

由上式得MMC交流側電磁暫態方程為：

其中，

式中：i＝1,2...,N；j＝a,b,c；N為單個橋臂上子模塊的數量；u_sj、i_sj分別為第j相三相交流電源電壓、電流；R_eq、L_eq分別為MMC的等效電阻、等效電感；S_j為第j相開關控制變量，與上下橋臂投入的SM數量有關，目的是控制MMC交流側的輸出電壓；S_jpi、S_jni為第j相上、下橋臂第i個子模塊的開關函數；

由MMC換流器的數學模型可得直流側在abc坐標系下的電磁暫態方程為：

式中：為直流側電壓的期待值；L_s為橋臂電感；C_eq為上、下橋臂的等效電容；i_dc為直流側電流；

將MMC換流器的數學模型經過abc-dq0變換，得在dq旋轉坐標系下的數學模型為：

式中：u_sd、u_sq和i_sd、i_sq為三相電壓和電流在d、q軸上的分量；S_d、S_q為S_j在d、q軸上的分量；ω為角速度；

對直流側在abc坐標系下的電磁暫態方程求導數運算，在將直流電流波動省去不計的前提下，即其中的直流側電流的微分項求導量，可推得：

將上式變換到dq軸坐標系下可得：

將dq坐標系下的MMC換流器數學模型分電流內環、電壓外環進行PID控制。