一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法技术

本发明专利技术涉及一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，包括：建立预测模型，将所述预测模型进行离散化，对不同电压矢量作用下的电流预测值及其对应的共模电压大小进行预测计算；设计价值函数，对电流预测值和共模电压进行评价，通过价值函数计算得出每一组电流预测值和共模电压的价值函数值；对所述每一组价值函数值进行比较评价，选择价值函数值最小的一组电流预测值对应的电压矢量作为最优电压矢量，并作用于下一个采样周期；根据所述最优电压矢量和其对应的共模电压大小，计算并优化所述最优电压矢量的作用时间。本发明专利技术能够有效抑制零序电流，提高控制系统的稳定性以及提高电能有效利用率。

A zero sequence current suppression method for open winding permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法
本专利技术涉及电机控制领域，特别是涉及一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法。
技术介绍
永磁同步电机因其结构简单、噪声低、功率密度高等特点，广泛应用于电动汽车、航空航天、电力传动设备等领域。传统的永磁同步电机绕组有三个端子分别由UVW三相供电，绕组另一端则连接在一起形成中性点。而开绕组永磁同步电机则是将另一端的中性点打开同时由另一台三相逆变器进行供电，而其他结构均保持不变，从而形成开绕组永磁同步电机。根据开绕组永磁同步电机电方式的不同，可分为单电源共直流母线型、混合供电型和隔离双电源供电型，其中共直流母线型因其结构简单、仅需一个电源，节约成本而被广泛研究。永磁同步电机的控制方法一直以来都是国内外学者的研究热点，在交流调速领域内矢量控制和直接转矩控制被广泛研究和应用。随着控制器的发展，模型预测控制也越来越受到了无数学者的青睐，不断开展广泛研究。模型预测控制又可分为连续型模型预测控制和有限控制集模型预测控制，其中有限控制集模型预测控制具有控制概念简单、动态响应快、多目标约束等优点。同时有限控制集模型预测控制根据控制对象的不同又可分为模型预测电流控制、模型预测转矩控制、模型预测磁链控制。目前，对开绕组永磁同步电机的控制算法大都是来自传统永磁同步电机控制算法的迁移，控制原理与控制效果基本一致。对于传统永磁同步电机和隔离电源供电的开绕组永磁同步电机，因其不存在零序回路，即使逆变器产生共模电压或反电动势存在三次谐波也并不会产生零序电流。但是，共直流母线供电的系统存在零序回路，零序电流则会产生，零序电流的存在会使得电磁转矩中产生一个六次谐波脉动，不利于调速系统稳定运行，同时会消耗的更多的无功功率，降低能量的利用率。因此，对零序电流的抑制成为一个重要的研究内容。目前，对开绕组永磁同步电机零序电流抑制的研究基本都是通过控制调制过程来进行抑制零序电流的算法研究。有学者提出使用不含共模电压的电压矢量，以此来抑制零序电流，但是并不能对反电动势三次谐波进行控制补偿，因此控制效果并不理想，而且采用不产生共模电压的电压矢量降低了直流母线的利用率。还有学者提出SPWM调制和PR零序回路控制，或者SVPWM调制和PR零序回路控制。采用PR控制器可以对共模电压和反电动势三次谐波进行补偿控制，可以实现较好的控制性能，但控制结构复杂，计算量较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，能够有效抑制零序电流。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，包括：步骤(1)：建立预测模型，将所述预测模型进行离散化，对不同电压矢量作用下的t(k+1)时刻的电流预测值和所述电流预测值对应的共模电压大小进行预测计算；步骤(2)：设计价值函数，对所述t(k+1)时刻的电流预测值和共模电压进行评价，通过所述价值函数计算得出每一组电流预测值和共模电压的价值函数值；步骤(3)：对所述每一组价值函数值进行比较评价，并选择使得价值函数值最小的一组电流预测值对应的电压矢量作为最优电压矢量，将所述最优电压矢量作用于下一个采样周期；步骤(4)：根据所述最优电压矢量和所述最优电压矢量对应的共模电压大小，计算并优化所述最优电压矢量的作用时间。所述步骤(1)具体为：通过对不同电压矢量作用下共模电压进行预测，实现对反电动势三次谐波的追踪；通过对所述t(k+1)时刻的电流预测值和所述电流预测值对应的共模电压大小进行预测，实现对零序回路的预测。所述步骤(2)还包括：将共模电压作为控制的约束条件加入到所述价值函数中。所述步骤(3)中，所述电压矢量为同一采样周期内两个有效电压矢量共同作用的结果，所述有效矢量为非零矢量。所述电压矢量的选择分两次进行，第一次选择的电压矢量为第一个最优电压矢量；在第二次选择第二个最优电压矢量时，将所述第一个最优电压矢量的作用时间考虑在内，同时实现了对第二个最优电压矢量和作用时间的优化。所述第一个最优电压矢量对应的作用时间为预先设定的非固定值，将预先设定的作用时间和第二个最优电压矢量的预测选择放在同一个价值函数中进行滚动优化。所述步骤(1)中，通过前向欧拉公式对所述预测模型进行离散化。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术通过对一个采样周期内两个有效电压矢量的选择及作用时间计算，从而能够实现控制共模电压的大小来追踪永磁同步电机中反电动势三次谐波的大小，进而有效抑制零序电流，提高控制系统的稳定性以及提高电能有效利用率。附图说明图1是本专利技术实施方式中开绕组永磁同步电机控制系统框图；图2是本专利技术实施方式中开绕组系统电压矢量图；图3是本专利技术实施方式中算法流程图；图4是本专利技术实施方式中算法基本原理图；图5是本专利技术实施方式中开绕组永磁同步电机零序回路等效电路图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，建立预测模型，将所述预测模型进行离散化，对不同电压矢量作用下的t(k+1)时刻的电流预测值和所述电流预测值对应的共模电压大小进行预测计算；设计价值函数，对所述t(k+1)时刻的电流预测值和共模电压进行评价，通过所述价值函数计算得出每一组电流预测值和共模电压的价值函数值；对所述每一组价值函数值进行比较评价，并选择使得价值函数值最小的一组电流预测值对应的电压矢量作为最优电压矢量，将所述最优电压矢量作用于下一个采样周期；根据所述最优电压矢量和所述最优电压矢量对应的共模电压大小，计算并优化所述最优电压矢量的作用时间。本专利技术的实施方式主要应用于开绕组永磁同步电机控制系统，解决在共直流母线型系统中因零序回路存在而产生零序电流的问题，从而提高控制系统的稳定性以及提高电能有效利用率。如图1所示，为本实施方式的开绕组永磁同步电机控制系统框图，通过预测模型和价值函数滚动优化，实现对电压矢量的实时调节，模型预测控制很重要的一个优点就是可以实现多目标约束，本实施方式设计可行的预测模型和价值函数，通过对不同电压矢量的作用进行在线实时调节，使其产生共模电压的大小始终追踪反电动势三次谐波的变化，从而抑制零序电流。图2是本专利技术实施方式的开绕组系统电压矢量图，本实施方式采用的电压矢量均为有效电压矢量，避免了零矢量作用带来的高开关频率问题，图2中，中间六边形上的电压矢量(HJLNQS)方案与采用不产生共模电压的电压矢量相比，本实施方式采用的有效矢量为图2中大六边形(GIKMPR)上的矢量，有效提高了直流母线电压的利用率。图4是本专利技术实施方式的基本原理图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，其特征在于，包括：/n步骤(1)：建立预测模型，将所述预测模型进行离散化，对不同电压矢量作用下的t(k+1)时刻的电流预测值和所述电流预测值对应的共模电压大小进行预测计算；/n步骤(2)：设计价值函数，对所述t(k+1)时刻的电流预测值和共模电压进行评价，通过所述价值函数计算得出每一组电流预测值和共模电压的价值函数值；/n步骤(3)：对所述每一组价值函数值进行比较评价，并选择使得价值函数值最小的一组电流预测值对应的电压矢量作为最优电压矢量，将所述最优电压矢量作用于下一个采样周期；/n步骤(4)：根据所述最优电压矢量和所述最优电压矢量对应的共模电压大小，计算并优化所述最优电压矢量的作用时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：建立预测模型，将所述预测模型进行离散化，对不同电压矢量作用下的t(k+1)时刻的电流预测值和所述电流预测值对应的共模电压大小进行预测计算；
步骤(2)：设计价值函数，对所述t(k+1)时刻的电流预测值和共模电压进行评价，通过所述价值函数计算得出每一组电流预测值和共模电压的价值函数值；
步骤(3)：对所述每一组价值函数值进行比较评价，并选择使得价值函数值最小的一组电流预测值对应的电压矢量作为最优电压矢量，将所述最优电压矢量作用于下一个采样周期；
步骤(4)：根据所述最优电压矢量和所述最优电压矢量对应的共模电压大小，计算并优化所述最优电压矢量的作用时间。


2.根据权利要求1所述的开绕组永磁同步电机的零序电流抑制方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：通过对不同电压矢量作用下共模电压进行预测，实现对反电动势三次谐波的追踪；通过对所述t(k+1)时刻的电流预测值和所述电流预测值对应的共模电压大小进行预测，实现对零序回路的预测。


3.根据权利要求1所述的开绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚飞，李杰，刘华山，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31