[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

本發明涉及一種基于MMC?PET的永磁同步電機無源控制驅動系統，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。3級式MMC?PET系統在完成基本電壓變換的同時適用于高電壓、大功率場合，適用范圍更廣，與PMSM的結合可為更高電壓場合提供了應用前景。與PID控制相比，本發明所提出的無源控制策略具有更加優良的動、靜態性能，且參數選擇更為簡便。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機驅動控制技術，特別涉及一種基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)-電力電子變壓器(Power ElectronicTransformer，PET)(也即MMC-PET)的永磁同步電機(Permanent Magnet SynchronousMotor，PMSM)無源控制(Passivity-Based Control，PBC)驅動系統。

背景技術

電力電子變壓器是新興的基于電力電子技術的新型智能電力變壓器，能夠完成靈活的變換電壓和能量流動功能，和傳統的變壓器相比，具有體積小、功率密度高、噪聲低、少污染等優點，在全世界都關注大力發展能源互聯網的今天，其在配電網中廣泛應用已成為不可避免的趨勢。針對傳統的PET拓撲已經提出許多結構，采用模塊化多電平換流器型三級式結構具有改善電壓質量、可進行有功功率交換以及增大適用范圍的優勢。永磁同步電機具有低慣性、結構簡單、運行經濟、效率高等優勢，在列車牽引、風力發電等多個領域應用日益廣泛。

發明內容

為了進一步提高永磁同步電機控制性能，提出了一種基于MMC-PET的永磁同步電機無源控制驅動系統，將MMC-PET適用于高電壓、大功率電力系統的優勢與PMSM無源控制相結合，保證正常電壓變換的同時，系統更穩定。

本發明的技術方案為：一種基于MMC-PET的永磁同步電機無源控制驅動系統，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。

優選的，所述輸入級的MMC由每相上、下2個橋臂三相共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。

優選的，所述輸入級的MMC的控制方法：

根據MMC拓撲結構，根據Kirchhoff定律，可得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；