共直流母线开绕组异步电机系统零序环流抑制方法技术方案

本发明专利技术要解决的技术问题为针对现有技术中单纯从调制策略环节抑制零序环流，忽略逆变器非线性、反电动势零序分量，导致共直流母线开绕组异步电机定子电流畸变明显、零序环流明显；基于此本发明专利技术提出了一种零序电压可控的空间矢量PWM调制方案，通过对共直流母线开绕组异步电机系统零序电压的主动控制实现对零序环流的抑制，同时避免使用零矢量，减小开绕组电机系统的共模电压。

Method for suppressing zero sequence circulation of asynchronous motor system with common DC bus open winding

The invention solves the technical problems for the existing technology from simple modulation strategy link ZSCC suppression, ignoring the nonlinearity, the back EMF of inverter zero component leads to common DC bus open winding asynchronous motor stator current distortion obviously, ZSCC obviously; the invention is based on the space vector PWM modulation scheme of a zero sequence voltage controllable. Put forward, through active control on zero sequence voltage winding asynchronous motor on the DC bus to achieve suppression of ZSCC, while avoiding the use of zero vector and reduce common mode voltage motor winding system.

【技术实现步骤摘要】
共直流母线开绕组异步电机系统零序环流抑制方法
本专利技术属于电气工程领域的逆变器控制技术，具体涉及一种共直流母线开绕组异步电机系统零序环流抑制方法。
技术介绍
相比于传统的单逆变器驱动异步电机调速系统，共直流母线开绕组异步电机系统具有容错性高、拓扑结构灵活、直流侧电压等级低等优点。基于此，共直流母线开绕组异步电机系统越来越多地受到学界的关注。虽然共直流母线开绕组异步电机具有良好的应用前景，但其作为一种较新的电机拓扑结构，还面临着诸多有待解决的问题，其中之一便是系统的零序环流问题。系统的零序环流由系统的零序电压引起，零序电压的来源主要有，逆变器调制策略本身产生的零序电压；逆变器非线性因素导致的零序电压；开绕组异步电机发电动势中的零序分量等。目前，针对开绕组异步电机零序环流问题有学术论文对此做了深入的理论分析，如2014年IEEE文献“ComparativeEvaluationofSVPWMStrategiesforaDualInverterfedOpen-EndWindingInductionMotorDrivewithaSingleDCPowerSupply”(“共直流母线双逆变器供电开绕组异步电机驱动的SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)策略比较”——2014年第四十届IEEE工业电子学会年会)所述，其中涉及到以下几种调制方案：1)120°解耦SVPWM策略；2)180°解耦SVPWM策略；3)SAZE(TheSampleAveragedZero-sequenceElimination)SVPWM策略；4)双电源供电策略；2016年IEEE文献“AngularModulationofDual-InverterFedOpen-EndMotorforElectricalVehicleApplications”(“电动汽车用双逆变器供电开绕组电机角度调制”——2016年4月IEEE电力电子协会期刊，第31卷，第4期)，该文章指出调制策略中使用零矢量会使系统存在较大的共模电压。通过上述文章分析以及相关结果可以发现，方案1)、2)、3)中开绕组异步电机定子电流存在明显的畸变，零序环流分量明显。这4种方案存在着明显的不足，如下：(1)方案1)、2)、3)未考虑到逆变器非线性导致的零序电压分量；(2)方案1)、2)、3)未考虑到开绕组异步电机反电动势中的零序分量产生的零序电压；(3)方案4)采用两个独立直流源供电，切断了零序环流的回路，但是增加了系统的硬件体积与成本。(4)4种方案中均使用零矢量，导致开绕组电机系统存在较大的共模电压。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为针对现有技术中单纯从调制策略环节抑制零序环流，忽略逆变器非线性、反电动势零序分量，导致共直流母线开绕组异步电机定子电流畸变明显、零序环流明显；基于此本专利技术提出了一种零序电压可控的空间矢量PWM调制方案，通过对共直流母线开绕组异步电机系统零序电压的主动控制实现对零序环流的抑制，同时避免使用零矢量，减小开绕组电机系统的共模电压。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案如下。本专利技术提供了一种共直流母线开绕组异步电机系统零序环流抑制方法，本抑制方法涉及的共直流母线开绕组异步电机拓扑结构具体描述如下：直流母线电压为Udc；直流侧设置有一个稳压电容C，电容C的正极连接第一逆变器和第二逆变器正极，电容C负极连接第一逆变器和第二逆变器负极；第一逆变器第一相桥臂包括两只开关管S11、S12以及两只二极管D11、D12，S11与S12串联，S11发射极连接S12集电极，D11正极连接S11发射极，负极连接S11集电极，D12正极连接S12发射极，负极连接S12集电极；第一逆变器第二相桥臂包括两只开关管S13、S14以及两只二极管D13、D14，S13与S14串联，S13发射极连接S14集电极；D13正极连接S13发射极，负极连接S13集电极，D14正极连接S14发射极，负极连接S14集电极；第一逆变器第三相桥臂包括两只开关管S15、S16以及两只二极管D15、D16，S15与S16串联，S15发射极连接S16集电极，D15正极连接S15发射极，负极连接S15集电极，D16正极连接S16发射极，负极连接S16集电极；第二逆变器第一相桥臂包括两只开关管S21、S22以及两只二极管D21、D22，S21与S22串联，S21发射极连接S22集电极，D21正极连接S21发射极，负极连接S21集电极，D22正极连接S22发射极，负极连接S22集电极；第二逆变器第二相桥臂包括两只开关管S23、S24以及两只二极管D23、D24，S23与S24串联，S23发射极连接S24集电极，D23正极连接S23发射极，负极连接S23集电极，D24正极连接S24发射极，负极连接S24集电极；第二逆变器第三相桥臂包括两只开关管S25、S26以及两只二极管D25、D26，S25与S26串联，S25发射极连接S26集电极，D25正极连接S25发射极，负极连接S25集电极，D26正极连接S26发射极，负极连接S26集电极；开绕组异步电机三相定子绕组分别为A、B、C，A相两端连接第一逆变器第一相桥臂中点a1和第二逆变器第一相桥臂中点a2，B相两端连接第一逆变器第二相桥臂中点b1和第二逆变器第二相桥臂中点b2，C相两端连接第一逆变器第三相桥臂中点c1和第二逆变器第三相桥臂中点c2；本抑制方法包括以下步骤：步骤1，采集开绕组异步电机定子上三相电流iA、iB、iC和转子电角速度ωr；步骤2，将步骤1采集得到的开绕组异步电机定子上三相电流iA、iB、iC按照下式(1)、(2)变换到同步旋转dq坐标系下：其中iα、iβ为两相静止坐标系αβ中开绕组异步电机定子α轴电流和β轴电流，i0为开绕组异步电机系统的零序环流，id、iq为旋转坐标系dq坐标系中开绕组异步电机定子d轴电流和q轴电流、θ为转子定向角度；步骤3，根据步骤2获得的id、iq、i0计算调节器输入值：其中分别为设定的开绕组异步电机定子d轴电流，q轴电流以及零序环流，idin为定子d轴电流调节器输入值，iqin为定子q轴电流调节器输入值，i0in为零序环流调节器输入值；步骤4，设设定参考电压矢量为OU，计算设定参考电压矢量OU在αβ坐标系下的分量uα、uβ：其中udout为定子d轴电流调节器输出值，uqout定子q轴电流调节器输出值，θ为转子定向角度，uα、uβ为设定参考电压矢量OU在αβ坐标系下的分量；步骤5，将设定参考电压矢量OU在αβ坐标系下的分量uα、uβ按照下式变换到abc坐标系下，得到ua、ub、uc：其中OU为设定参考电压矢量，ua、ub、uc为设定参考电压矢量OU在abc坐标系中a轴、b轴和c轴上的分量；步骤6，按照下式对设定参考电压矢量OU进行180°解耦：其中OU1为第一逆变器合成参考电压矢量，OU2为第二逆变器合成参考电压矢量，U0为零序环流调节器输出值，u0为第一逆变器零轴电压目标值，u0'为第二逆变器零轴电压目标值；步骤7，根据下表对电压矢量OU1、OU2所在αβ坐标系中扇区位置进行判断：其中OU1为第一逆变器合成参考电压矢量，OU2为第二逆变器合成参考电压矢量，ua、ub、uc分别设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共直流母线开绕组异步电机系统零序环流抑制方法，本抑制方法涉及的共直流母线开绕组异步电机拓扑结构具体描述如下：直流母线电压为Udc；直流侧设置有一个稳压电容C，电容C的正极连接第一逆变器和第二逆变器正极，电容C负极连接第一逆变器和第二逆变器负极；第一逆变器第一相桥臂包括两只开关管S11、S12以及两只二极管D11、D12，S11与S12串联，S11发射极连接S12集电极，D11正极连接S11发射极，负极连接S11集电极，D12正极连接S12发射极，负极连接S12集电极；第一逆变器第二相桥臂包括两只开关管S13、S14以及两只二极管D13、D14，S13与S14串联，S13发射极连接S14集电极；D13正极连接S13发射极，负极连接S13集电极，D14正极连接S14发射极，负极连接S14集电极；第一逆变器第三相桥臂包括两只开关管S15、S16以及两只二极管D15、D16，S15与S16串联，S15发射极连接S16集电极，D15正极连接S15发射极，负极连接S15集电极，D16正极连接S16发射极，负极连接S16集电极；第二逆变器第一相桥臂包括两只开关管S21、S22以及两只二极管D21、D22，S21与S22串联，S21发射极连接S22集电极，D21正极连接S21发射极，负极连接S21集电极，D22正极连接S22发射极，负极连接S22集电极；第二逆变器第二相桥臂包括两只开关管S23、S24以及两只二极管D23、D24，S23与S24串联，S23发射极连接S24集电极，D23正极连接S23发射极，负极连接S23集电极，D24正极连接S24发射极，负极连接S24集电极；第二逆变器第三相桥臂包括两只开关管S25、S26以及两只二极管D25、D26，S25与S26串联，S25发射极连接S26集电极，D25正极连接S25发射极，负极连接S25集电极，D26正极连接S26发射极，负极连接S26集电极；开绕组异步电机三相定子绕组分别为A、B、C，A相两端连接第一逆变器第一相桥臂中点a1和第二逆变器第一相桥臂中点a2，B相两端连接第一逆变器第二相桥臂中点b1和第二逆变器第二相桥臂中点b2，C相两端连接第一逆变器第三相桥臂中点c1和第二逆变器第三相桥臂中点c2；本抑制方法的特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集开绕组异步电机定子上三相电流iA、iB、iC和转子电角速度ωr；步骤2，将步骤1采集得到的开绕组异步电机定子上三相电流iA、iB、iC按照下式(1)、(2)变换到同步旋转dq坐标系下：...

【技术特征摘要】
1.一种共直流母线开绕组异步电机系统零序环流抑制方法，本抑制方法涉及的共直流母线开绕组异步电机拓扑结构具体描述如下：直流母线电压为Udc；直流侧设置有一个稳压电容C，电容C的正极连接第一逆变器和第二逆变器正极，电容C负极连接第一逆变器和第二逆变器负极；第一逆变器第一相桥臂包括两只开关管S11、S12以及两只二极管D11、D12，S11与S12串联，S11发射极连接S12集电极，D11正极连接S11发射极，负极连接S11集电极，D12正极连接S12发射极，负极连接S12集电极；第一逆变器第二相桥臂包括两只开关管S13、S14以及两只二极管D13、D14，S13与S14串联，S13发射极连接S14集电极；D13正极连接S13发射极，负极连接S13集电极，D14正极连接S14发射极，负极连接S14集电极；第一逆变器第三相桥臂包括两只开关管S15、S16以及两只二极管D15、D16，S15与S16串联，S15发射极连接S16集电极，D15正极连接S15发射极，负极连接S15集电极，D16正极连接S16发射极，负极连接S16集电极；第二逆变器第一相桥臂包括两只开关管S21、S22以及两只二极管D21、D22，S21与S22串联，S21发射极连接S22集电极，D21正极连接S21发射极，负极连接S21集电极，D22正极连接S22发射极，负极连接S22集电极；第二逆变器第二相桥臂包括两只开关管S23、S24以及两只二极管D23、D24，S23与S24串联，S23发射极连接S24集电极，D23正极连接S23发射极，负极连接S23集电极，D24正极连接S24发射极，负极连接S24集电极；第二逆变器第三相桥臂包括两只开关管S25、S26以及两只二极管D25、D26，S25与S26串联，S25发射极连接S26集电极，D25正极连接S25发射极，负极连接S25集电极，D26正极连接S26发射极，负极连接S26集电极；开绕组异步电机三相定子绕组分别为A、B、C，A相两端连接第一逆变器第一相桥臂中点a1和第二逆变器第一相桥臂中点a2，B相两端连接第一逆变器第二相桥臂中点b1和第二逆变器第二相桥臂中点b2，C相两端连接第一逆变器第三相桥臂中点c1和第二逆变器第三相桥臂中点c2；本抑制方法的特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集开绕组异步电机定子上三相电流iA、iB、iC和转子电角速度ωr；步骤2，将步骤1采集得到的开绕组异步电机定子上三相电流iA、iB、iC按照下式(1)、(2)变换到同步旋转dq坐标系下：其中iα、iβ为两相静止坐标系αβ中开绕组异步电机定子α轴电流和β轴电流，i0为开绕组异步电机系统的零序环流，id、iq为旋转坐标系dq坐标系中开绕组异步电机定子d轴电流和q轴电流、θ为转子定向角度；步骤3，根据步骤2获得的id、iq、i0计算调节器输入值：1其中分别为设定的开绕组异步电机定子d轴电流，q轴电流以及零序环流，idin为定子d轴电流调节器输入值，iqin为定子q轴电流调节器输入值，i0in为零序环流调节器输入值；步骤4，设设定参考电压矢量为OU，计算设定参考电压矢量OU在αβ坐标系下的分量uα、uβ：其中udout为定子d轴电流调节器输出值，uqout定子q轴电流调节器输出值，θ为转子定向角度，uα、uβ为设定参考电压矢量OU在αβ坐标系下的分量；步骤5，将设定参考电压矢量OU在αβ坐标系下的分量uα、uβ按照下式变换到abc坐标系下，得到ua、ub、uc：其中OU为设定参考电压矢量，ua、ub、uc为设定参考电压矢量OU在abc坐标系中a轴、b轴和c轴上的分量；步骤6，按照下式对设定参考电压矢量OU进行180°解耦：其中OU1为第一逆变器合成参考电压矢量，OU2为第二逆变器合成参考电压矢量，U0为零序环流调节器输出值，u0为第一逆变器零轴电压目标值，u0'为第二逆变器零轴电压目标值；步骤7，根据下表对电压矢量OU1、OU2所在αβ坐标系中扇区位置进行判断：OU1所在扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥOU2所在扇区ⅣⅤⅥⅠⅡⅢuaua≥0ua≥0ua<0ua<0ua<0ua≥0ubub<0ub≥0ub≥0ub≥0ub<0ub<0ucuc<0uc<0uc<0uc≥0uc≥0uc≥0其中OU1为第一逆变器合成参考电压矢量，OU2为第二逆变器合成参考电压矢量，ua、ub、uc分别设定参考电压矢量OU在abc坐标系中a轴、b轴和c轴上的分量，扇区Ⅰ表示αβ坐标系中0°-60°区域，α轴所在位置为0°，β轴所在位置为90°，扇区Ⅱ表示αβ坐标系中60°-120°区域，扇区Ⅲ表示αβ坐标系中120°-180°区域，扇区Ⅳ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淑英，姚乐，张兴，李浩源，谢震，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34