一種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：A、電流參考值坐標變換；B、電流多重比例諧振調節(jié)；C、耦合補償；該控制方法是基于多相永磁同步電機矢量控制，將多同步旋轉坐標系電流參考值，經過多相坐標變換至多相靜止坐標系下各相電流參考值，與電機各相電流反饋值，分別進行改進的多重疊加比例諧振調節(jié)，并引入諧振分離方法，采用前饋補償解耦，實現高動態(tài)性能基波及可用次諧波的無靜差跟蹤和有害次諧波抑制。該方法可抑制多相電機有害諧波電流造成的電機損耗，轉矩脈動和振動噪聲等負面影響，并使可用諧波電流的正面效應得以發(fā)掘，充分發(fā)揮多相電機的優(yōu)勢，提高了系統性能。
【專利說明】—種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于交流電動機及其控制【技術領域】，具體涉及一種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，用于大功率交流電機傳動場合，特別適用于船舶推進、礦山機械、軌道牽引、軋鋼、風機泵類調速等大功率交流電機傳動場合。
【背景技術】
[0002]交流電機，尤其是新型永磁電機采用稀土永磁材料產生機電能量轉換所需要的磁場，具有結構簡單，運行可靠，體積小，重量輕，高效節(jié)能等優(yōu)點，具有更廣闊的應用前景。
[0003]而能源問題的日益凸顯使得采用調速傳動減小在電力消耗中占很大比重的大功率交流電機的浪費和損耗以實現節(jié)能減排，具有重大的經濟和社會意義，日益受到關注。
[0004]隨著電力電子技術的發(fā)展，多相功率變換器使電機擺脫工業(yè)電網相數的限制。與傳統三相電機系統相比，多相系統的顯著優(yōu)勢在于:
隨著功率等級的提高，多相電機通過增大電機相數和逆變器橋臂數，不僅易于通過低壓器件來實現系統的大功率運行，有利于減低系統的成本，還避免了器件串聯帶來的靜動態(tài)均壓問題和多電平帶來的拓撲及其控制復雜等問題。尤其在供電電壓受限的場合(如船舶電力推進)，更具優(yōu)勢。
[0005]多相電機具有相冗余特性，當相故障時，仍能獲得平穩(wěn)的轉矩，實現容錯抗干擾運行。適合于艦船推進.核電站水冷系統，航空航天等高可靠性要求的場合。
[0006]多相電機具有更多的控制資源。從開關狀態(tài)來看，具有更多的非零電壓空間矢量，從坐標變換來看，具有多個相互正交的而平面，其中可分別控制相應的變量，有更多的潛倉泛。
[0007]多相電機中諧波磁場次數增大，影響減小，與電流作用產生的轉矩脈動，也減小，使得振動與噪聲減小，轉子損耗減低。
[0008]然而，一般而言，多相電機每相串聯匝數較小，定子漏感相對較小，對電流諧波的抑制作用在相同的情況下不及三相電機。
[0009]電流諧波主要源于:供電的電壓源變換器非線性特性以及PWM調制的死區(qū)效應等會使輸出電壓含有大量的低次諧波，諧波電壓作用在低阻抗空間上會產生很大的諧波電流，此外，電機鐵心存在固有的非線性特性，永磁體修整設計制造的形狀誤差，非正弦氣隙磁通導致的諧波反電勢在電機運行中均產生諧波電流，而且，一些多相電機新型拓撲如H橋開繞組等，由于解開了繞組中性點，使某些次數諧波電流形成通路，促使了其形成。
[0010]多相永磁同步電機通過合理的繞組設計和永磁體修整，匹配其磁勢空間波和電流時間波是可以利用某些低次諧波實現機電能量轉換，優(yōu)化氣隙磁密波形，提高鐵心利用率，并增大轉矩密度，但其有害次諧波的影響仍不容小覷。主要反映在:增加繞組損耗；引起電機切向轉矩脈動；產生電機徑向電磁激振力，增加振動噪聲；導致相電流峰值增大，而可能導致過流故障，降低電機系統性能。盡管采用用濾波器能一定程度上解決這一問題，但無疑導致了系統體積、重量、成本的增加。[0011]多相永磁同步電機的控制策略主要包括恒壓頻比控制、磁場定向矢量控制、直接轉矩控制等。其中矢量控制通過坐標變換對磁鏈和電磁轉矩分別采用閉環(huán)控制，實現磁場和電流的解耦，具有良好的動靜態(tài)性能；直接轉矩控制勿需復雜的坐標變換，通過磁鏈和轉矩的直接跟蹤，實現PWM和系統的高動態(tài)性能，具有魯棒性。
[0012]掣肘于多相永磁同步電機有害次諧波電流的不利影響，其應用受到了限制。而目前，鮮有相應的技術文獻報道關于解決多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化的控制策略。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提出一種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，以實現電流波形優(yōu)化控制，減少繞組損耗；消弱電機轉矩脈動；減小電機徑向電磁激振力，減小振動噪聲；避免電流諧波引起的相電流峰值增大而導致的過流故障，提高電機系統性能。
[0014]本發(fā)明的技術方案是:
一種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，包括以下步驟:
A、電流參考值坐標變換:根據基波及可用次諧波電流在多同步旋轉坐標系的dq分量
參考值C C " C C,經過多相坐標變換，變換至多相靜止坐標系，形成各相交流電流參考值f 廣，其中含基波、并疊加了…7次可用諧波，...1為可用諧波次數，7為

Z ψ ψ * W
可用諧波最高次數；所述可用次諧波電流是指可實現機電能量轉換的低次諧波電流，Ii/
B、電流多重比例諧振調節(jié):將電機各相電流,其中含基波、并疊加了…7次可用諧波、-h次有害諧波，作為反饋值，與依據步驟A確定的各相電流參考值I*a…i*m:,在多相靜止坐標系下進行多重比例諧振調節(jié)，各相電流調節(jié)結果產生各相交流電壓參考初值…;所述有害次諧波電流是指不能實現機電能量轉換的高次諧波電流，…h(huán)為有...h害諧波次數，I < /I,有害諧波的最低次數高于可用諧波最高次數；多重比例諧振調節(jié)是通過多重比例諧振調節(jié)器實現；
C、耦合補償:依據步驟B確定的各相電壓參考初值《二…，疊加耦合補償量
Ila,…Hik ,確定各相交流電壓參考值i{:…Ills。
[0015]進一步的技術方案是:
所述的多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其步驟A電流參考值坐標變換是按矩陣r實現多同步旋轉坐標系到多相靜止坐標系的多相坐標變換:
【權利要求】
1.一種多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步驟: A、電流參考值坐標變換:根據基波及可用次諧波電流在多同步旋轉坐標系的dq分量參考值ζ.ζ: …!j C ,經過多相坐標變換，變換至多相靜止坐標系，形成各相交流電流參考值Z I*，其中含基波、并疊加了…7次可用諧波，...1為可用諧波次數，7為
可用諧波最高次數；所述可用次諧波電流是指可實現機電能量轉換的低次諧波電流，Ii/ B、電流多重比例諧振調節(jié):將電機各相電流ζ…^,其中含基波、并疊加了…7次可用諧波、…h(huán)次有害諧波，作為反饋值，與依據步驟A確定的各相電流參考值ζ…?:，在多相靜止坐標系下進行多重比例諧振調節(jié)，各相電流調節(jié)結果產生各相交流電壓參考初值么…i/\ ;所述有害次諧波電流是指不能實現機電能量轉換的高次諧波電流，...h為有-.?..害諧波次數，I < /I,有害諧波的最低次數高于可用諧波最高次數；多重比例諧振調節(jié)是通過多重比例諧振調節(jié)器實現； C、耦合補償:依據步驟B確定的各相電壓參考初值…疊加耦合補償量 U…U ，確定各相交流電壓參考值Iil…iC。
2.根據權利要求1所述的多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述步驟A電流參考值坐標變換是按矩陣實現多同步旋轉坐標系到多相靜止坐標系的多相坐標變換:
3.根據權利要求1所述的多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟B所述多重比例諧振調節(jié)器是在多相靜止坐標系下的多重比例諧振調節(jié)器，為比例調節(jié)器和各次諧波諧振調節(jié)器的疊加，構成完整的復合電流控制器，具有如下傳遞函數:
4.根據權利要求1或3所述的多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟B所述多重比例諧振調節(jié)器，當被控量與參考值偏差較大時，取消諧振作用，當被控量接近參考值時，引入諧振控制，其具體實現步驟如下:
5.根據權利要求4所述的多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟B所述多重比例諧振調節(jié)器，其中，傳遞函數為GISI = K:的諧振調節(jié)器部
6.根據權利要求2所述的多相永磁同步電機電流波形優(yōu)化控制方法，其特征在于:步驟C所述耦合補償量tiat…Iimr按下式確定:
【文檔編號】H02P21/05GK103490692SQ201310475363
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月13日 優(yōu)先權日:2013年10月13日
【發(fā)明者】姬凱, 龍文楓, 高躍, 文蘭平, 徐 明 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所