一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法，包括：位于三相永磁同步电机侧的电机定子绕组端口，由电流源型逆变器馈电；三相电网接入电流源型整流器，直流母线电感串联在电流源型整流器和电流源型逆变器之间；直流母线电感的电流由电流源型整流器控制，转速由电流源型逆变器控制。实时检测电网侧和电机侧的电压，根据所在扇区计算得到电流源型整流器侧和电流源型逆变器侧的直流母线电压；根据系统的小信号模型，以及每一个电流矢量的作用时间，得到一个开关周期内直流母线电流纹波的预测值。根据直流母线纹波的预测值的峰值更新下一个开关周期的作用时间。

A method of restraining DC bus current ripple in back-to-back current source motor drive system

The invention discloses a back-to-back current source motor drive system DC bus current ripple suppression method, which comprises: the motor stator winding port at the side of the three-phase permanent magnet synchronous motor is fed by the current source inverter; the three-phase power grid is connected to the current source rectifier, and the DC bus inductance is connected in series between the current source rectifier and the current source inverter; the DC bus inductance The current is controlled by the current source rectifier and the speed is controlled by the current source inverter. The voltage of the grid side and the motor side is detected in real time, and the DC bus voltage of the current source rectifier side and the current source inverter side is calculated according to the sector; the predicted value of the DC bus current ripple in a switching cycle is obtained according to the small signal model of the system and the action time of each current vector. According to the predicted peak value of the DC bus ripple, the operation time of the next switching cycle is updated.

【技术实现步骤摘要】
一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法
本专利技术属于电机驱动领域，尤其是电流源型变频器驱动，具体涉及一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法。
技术介绍
背靠背电压源型变换器常用于中大功率电机驱动系统，但是电压源型变换器需要体积巨大的电解电容，并且其运行温度受到材料的限制。电解电容的故障降低了整个系统的运行寿命，而且相间短路引起的过电流问题进一步降低了系统的可靠性。另一方面，电流源型变换器具有特有的短路电流抑制能力可以大大提升系统的可靠性。并且，电压源型变换器中的上下管直通短路状态正是电流源型变换器的续流状态，可以进一步提升系统可靠性。电流源型变换器的一个重要的问题是直流母线电感巨大的体积和质量，减小了系统整体的功率密度。目前存在的解决办法是提高系统的开关频率，可以有效地较少母线电感的大小。然而，增加开关频率会导致系统损耗的增加，减小系统的运行效率，并且会导致系统的电磁干扰性能恶化，影响周围电气设备的正常运行，因此采取合适的方法降低母线电流纹波是重要的研究问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法，通过电流源型功率变换器对电机进行馈电，提高了电机驱动系统的可靠性和容错性；通过应用母线电流纹波预测以及变开关频率技术，不仅提高了系统的电磁性能，而且减小了母线电流的纹波，提高了系统的运行效率，增强了系统的稳定性。为了达成上述目的，本专利技术提出一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法，包括：该方法位于三相永磁同步电机侧的电机定子绕组端口，由电流源型逆变器馈电；电流源型逆变器三相输出端接三个电容滤波；电流源型逆变器直流侧两端分别与两个直流母线电感串联；电流源型整流器直流侧两端分别与两个直流母线电感串联；电流源型整流器三相输入端接三个电容滤波；电流源型整流器三相输入端接入三相电网；直流母线电感电流由电流源型整流器控制；电网侧输入功率因数角由电流源型整流器控制；三相永磁同步电机转速由电流源型逆变器控制。所述电流源型整流器的控制方法包括以下步骤：1)与电流源型整流器并联的滤波电容电压Vgabc经过锁相环PLL得到电网相位角θg和角速度ωg，电网相位角θg和电容电压Vgabc经过坐标变换得到滤波电容的电容电压d轴分量Vgd和q轴分量Vgq；2)滤波电容的电容电压d轴分量Vgd和q轴分量Ugq经过低通滤波器得到电容电压的稳态分量，根据电网频率的角速度计算得到滤波电容的稳态电流igcd和igcq；3)无功功率的给定Qg_ref除以-1.5Vgd得到q轴电流的给定igq_ref，igq_ref加上电容q电流补偿得到q轴电流最终给定；4)由逆变器得到的母线电流给定Idc_ref和实际母线电流经过PI环节得到d轴电流给定igd_ref，igd_ref减去电容d电流补偿得到d轴电流最终给定；5)d轴和q轴电流的最终电流的给定经过笛卡尔坐标系转换成极坐标系后得到直流电流的给定Idc_ref和电流源型整流器的触发延迟角θdcr；6)直流电流的给定Idc_ref与实际电流值idc经过除法运算得到电流源型整流器的调制度mr；电流源型整流器的触发延迟角θdcr加上电网相位角θg得到电流源整流器SVM的角度θr，电流源SVM的周期Ts由周期更新模块得到。所述电流源型逆变器的控制方法如下：1)滤波电容的电容电压Vlabc和电角度θe经过坐标变换得到滤波电容的电容电压d轴分量Vld和q轴分量Vlq；2)滤波电容的电容电压d轴分量Vld和q轴分量Vlq经过低通滤波器得到电容电压的稳态分量Vldl和Vlql，电角度θe经过微分后得到电机的电角速度ωe，计算得到滤波电容的稳态电流ilcd和ilcq；3)给定转速nl_ref和实际转速n之间的误差经过PI控制器得到q轴电流的给定ilq_ref，采用零d轴电流的控制方案，d轴电流的给定ild_ref为零；4)电容电压的d轴分量Vld和q轴分量Vlq经过高通滤波器得到电容电压的高频分量Vlqh和Vlqh，高频分量乘以一个虚拟电阻系数kpv得到虚拟电流的值，虚拟电阻用于消耗电机绕组电流的五七次谐波；5)d轴和q轴电流的给定ild_ref和ilq_ref补偿上电容的稳态电流ilcd和ilcq和虚拟电阻电流得到最终电流的给定，笛卡尔坐标系转换成极坐标系后得到直流电流的给定Idc_ref和电流源型逆变器的触发延迟角α；6)电流源型逆变器的调制度mi固定，电流源型逆变器的触发延迟角α加上实际电机电角度θe得到SVM模块参考矢量的角度，利用调制度，角度以及周期更新模块得到的Ts生成电流源型逆变器的六路开关脉冲。进一步，所述开关频率的更新方法包括以下步骤：1)根据电流源型整流器和电流源型逆变器SVM的调制度和角度，由公式(1)和公式(2)计算得到电流源型整流器三个矢量的作用时间tr0，tr1，tr2和电流源型逆变器三个矢量的作用时间ti0，ti1，ti2；2)根据公式(3)，公式(4)以及不同时期的开关状态得到电流源型整流器的直流侧电压vrd和电流源型逆变器的直流侧电压vid；vid＝(Si1-Si4)via+(Si3-Si6)vib+(Si5-Si2)vic(3)vrd＝(Sr1-Sr4)vra+(Sr3-Sr6)vrb+(Sr5-Sr2)vrc(4)3)根据公式(5)计算得到直流母线纹波的峰峰值Irip，根据公式(6)可以计算得到开关周期的更新值Ts。有益效果：本专利技术的技术方案可以降低背靠背电流源风力发电系统的直流母线电流纹波，提升系统的效率，增强系统的稳定性。并且变开关频率的控制方案可以将系统共模电压的能量频谱有效分散，增强系统的电磁兼容性能。附图说明图1为主电路拓扑图；图2为电流源型整流器控制框图；图3为电流源型逆变器控制框图；图4为开关周期更新框图；图5为直流母线电流纹波；具体实施方式以下将结合附图和具体实施方法对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，位于三相永磁同步电机1.7侧的电机定子绕组端口，由电流源型逆变器1.5馈电；电流源型逆变器1.5三相输出端接三个电容1.6滤波；电流源型逆变器1.5直流侧两端分别与两个直流母线电感1.4串联；电流源型整流器1.3直流侧两端分别与两个直流母线电感1.4串联；电流源型整流器1.3三相输入端接三个电容1.2滤波；电流源型整流器1.3三相输入端接入三相电网1.1；直流母线电感电流由电流源型整流器1.3控制；电网侧输入功率因数角由电流源型整流器1.3控制；三相永磁同步电机(1.7)转速由电流源型逆变器1.5控制。如图2所示，所述电流源型整流器的控制方法包括以下步骤：1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法，其特征在于：/n该方法位于三相永磁同步电机侧的电机定子绕组端口，由电流源型逆变器馈电；电流源型逆变器三相输出端接三个电容滤波；电流源型逆变器直流侧两端分别与两个直流母线电感串联；/n电流源型整流器直流侧两端分别与两个直流母线电感串联；电流源型整流器三相输入端接三个电容滤波；电流源型整流器三相输入端接入三相电网；/n直流母线电感)电流由电流源型整流器控制；电网侧输入功率因数角由电流源型整流器控制；三相永磁同步电机转速由电流源型逆变器控制；/n所述电流源型整流器的控制方法包括以下步骤：/n1)与电流源型整流器并联的滤波电容电压V

【技术特征摘要】
1.一种背靠背电流源型电机驱动系统直流母线电流纹波抑制方法，其特征在于：
该方法位于三相永磁同步电机侧的电机定子绕组端口，由电流源型逆变器馈电；电流源型逆变器三相输出端接三个电容滤波；电流源型逆变器直流侧两端分别与两个直流母线电感串联；
电流源型整流器直流侧两端分别与两个直流母线电感串联；电流源型整流器三相输入端接三个电容滤波；电流源型整流器三相输入端接入三相电网；
直流母线电感)电流由电流源型整流器控制；电网侧输入功率因数角由电流源型整流器控制；三相永磁同步电机转速由电流源型逆变器控制；
所述电流源型整流器的控制方法包括以下步骤：
1)与电流源型整流器并联的滤波电容电压Vgabc经过锁相环PLL得到电网相位角θg和角速度ωg，电网相位角θg和电容电压Vgabc经过坐标变换得到滤波电容的电容电压d轴分量Vgd和q轴分量Vgq；
2)滤波电容的电容电压d轴分量Vgd和q轴分量Ugq经过低通滤波器得到电容电压的稳态分量，根据电网频率的角速度计算得到滤波电容的稳态电流igcd和igcq；
3)无功功率的给定Qg_ref除以-1.5Vgd得到q轴电流的给定igq_ref，igq_ref加上电容q电流补偿得到q轴电流最终给定；
4)由逆变器得到的母线电流给定Idc_ref和实际母线电流经过PI环节得到d轴电流给定igd_ref，igd_ref减去电容d电流补偿得到d轴电流最终给定；
5)d轴和q轴电流的最终电流的给定经过笛卡尔坐标系转换成极坐标系后得到直流电流的给定Idc_ref和电流源型整流器的触发延迟角θdcr；
6)直流电流的给定Idc_ref与实际电流值idc经过除法运算得到电流源型整流器的调制度mr；电流源型整流器的触发延迟角θdcr加上电网相位角θg得到电流源整流器SVM的角度θr，电流源SVM的周期Ts由周期更新模块得到；
所述电流源型逆变器的控制方法包括以下步骤：
1)滤波电容的电容电压Vlabc和电角度θe经过坐标变换得到滤波电容的电容电压d轴分量Vld和q轴分量Vlq；
2)滤波电容的电容电压d轴分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政，徐阳，刘鹏程，程明，
申请(专利权)人：东南大学盐城新能源汽车研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32