双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法，对输出转矩范围进行划分，在0

【技术实现步骤摘要】
双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法。

技术介绍

[0002]随着工业大功率、高可靠性电力传动系统的快速发展，与传统的三相电机驱动系统相比，多相电机以其高功率密度、低压大功率、低转矩脉动和高容错性等优点，在航空航天、风力发电、电动汽车等领域有着十分广阔的发展前景。在各类多相电机中，相移30
°
双三相电机即不对称六相电机，其内部消除了5、7次谐波磁势，进而消除了6次谐波转矩脉动，其在抑制转矩脉动上具有更大的优势因此得到了广泛的研究。在正常情况下，对于具有正弦分布绕组的双三相电机，不参与机电能量转换的谐波子平面参考电流通常设置为零。然而在缺相故障情况下，这些子平面的参考电流需要根据不同的控制目标重新修改，以获得不受干扰的圆形旋转磁场。双三相电机发生缺相故障后，当负载转矩保持不变时，剩余相电流会高于双三相电机驱动系统正常运行时的额定电流，使电机定子铜耗或驱动器功率器件温度过高，从而导致绝缘恶化或驱动器功率器件损坏。为了避免电机或功率器件的损坏就需要限制缺相故障后的相电流，这就限制了转矩输出范围。由于上述限制，目前具有正弦分布绕组的多相电机缺相容错控制策略主要分为最大转矩输出(maximum torque，MT)和定子铜耗最小(minimum loss，ML)两种控制策略。MT策略控制目标是在缺相故障运行情况下获得尽可能大的转矩输出范围，但是不能获得最小的定子铜耗，而ML控制策略确保了每个转矩值的定子铜耗最小，但以降低转矩范围为代价。因此，非常有必要研究新的容错控制策略对双三相永磁同步电机缺相容错运行进行效率优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法，实现单相缺相故障情况下最大输出转矩范围的同时，降低双三相电机输出转矩范围在0.542
‑
0.694(p.u.)之间的定子铜耗。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法，具体按照以下步骤实施：
[0005]步骤1、假设当F相发生缺相故障，剩余相采用单中性点连接方式，此时F相电流为0，在发生单相缺相故障后，首先将检测到的剩余5相电流利用单相缺相时的矢量空间解耦静止变换矩阵T
5s
，映射到与机电能量转换相关的α
‑
β子平面和z1
‑
z2谐波子平面中，利用旋转坐标变化矩阵对α
‑
β子平面中的变量进行旋转坐标变换，投影到d
‑
q同步旋转坐标系中；
[0006]步骤2、为保证相电流无直流偏置，将各相电流定义为i
W
＝a
W
I
m
cosθ
i
+b
W
I
m
sinθ
i
＝a
W
I
α
+b
W
I
β
；此时要保证总磁势不变，要求剩余相电流合成矢量与正常运行时的相电流合成矢量一致，将剩余相电流表达式分离实部和虚部可得到4个约束条件；单中性点连接方式根据基尔霍夫定律有另外两个约束条件，综上所述共有10个未知变量，只有六个方程约束，解
不唯一；
[0007]步骤3、以定子铜耗最小为优化目标，采用ML控制策略的目标函数表示为各相电流幅值的平方和，计算获得ML控制策略下相电流的系数，对各相电流的系数进行静止坐标变换，计算得到z1
‑
z2子平面电流为零，因此将ML控制策略下z1
‑
z2子平面电流参考值i
z*1
、i
z
*2的值设置为0，可以实现ML控制策略；
[0008]步骤4、以最大转矩输出为优化目标，采用MT控制策略的目标函数表示为各相电流幅值中的最大值，通过Matlab的优化工具箱计算得到MT控制策略下剩余各相电流的系数，对剩余各相电流的系数进行静止坐标变换，计算得到MT控制策略下z1
‑
z2子平面的参考电流；
[0009]步骤5、设双三相电机在正常运行时输出额定转矩为T
e
；对输出电磁转矩范围进行区间划分，在0
‑
0.542(p.u.)之间采用ML控制策略，在0.542
‑
0.694(p.u.)之间采用混合控制策略；
[0010]步骤6、采用混合控制策略时首先根据当前总的输出转矩值T求出系数λ；
[0011]步骤7、通过系数λ计算混合控制策略中MT控制策略输出转矩所占比例γ；
[0012]步骤8、由于ML控制策略输出转矩对应z1
‑
z2子平面电流参考值为零，因此计算MT控制策略输出转矩对应z1
‑
z2子平面电流参考值即为混合控制策略时z1
‑
z2子平面电流参考值；
[0013]步骤9、以磁场定向控制为基础，对i
d
和i
q
通过PI控制器进行控制，将z1
‑
z2子平面电流参考值设定为步骤8所求得的值，采用PR控制器控制，减小了双三相电机单相缺相故障情况下在输出转矩范围0.542
‑
0.694(p.u.)之间的定子铜耗。
[0014]本专利技术的特点还在于，
[0015]步骤1所用的矢量空间解耦的静止变换矩阵如式(1)所示：
[0016][0017]电流矢量空间解耦过程如下：
[0018][i
α i
β i
z1 i
z2 i
z3
]T
＝T
5s
[i
A i
B i
C i
D i
E
]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]式中i
α
、i
β
为α
‑
β子平面电流，i
z1
、i
z2
为z1
‑
z2子平面电流，i
z3
为零序子平面电流，恒为0，i
A
、i
B
、i
C
、i
D
、i
E
为电机各相电流。
[0020]所用到的旋转坐标变化矩阵如式(3)所示：
[0021][0022]α
‑
β子平面中电流旋转变化过程如下：
[0023][i
d i
q i
z1 i
z2 i
z3
]T
＝P5[i
α i
β i
z1 i
z2 i
z3
]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、假设当F相发生缺相故障，剩余相采用单中性点连接方式，此时F相电流为0，在发生单相缺相故障后，首先将检测到的剩余5相电流利用单相缺相时的矢量空间解耦静止变换矩阵T
5s
，映射到与机电能量转换相关的α
‑
β子平面和z1
‑
z2谐波子平面中，利用旋转坐标变化矩阵对α
‑
β子平面中的变量进行旋转坐标变换，投影到d
‑
q同步旋转坐标系中；步骤2、为保证相电流无直流偏置，将各相电流定义为：i
W
＝a
W
I
m
cosθ
i
+b
W
I
m
sinθ
i
＝a
W
I
α
+b
W
I
β
；此时要保证总磁势不变，要求剩余相电流合成矢量与正常运行时的相电流合成矢量一致，将剩余相电流表达式分离实部和虚部可得到4个约束条件；单中性点连接方式根据基尔霍夫定律有另外两个约束条件，综上所述共有10个未知变量，只有六个方程约束，解不唯一；步骤3、以定子铜耗最小为优化目标，采用ML控制策略的目标函数表示为各相电流幅值的平方和，计算获得ML控制策略下相电流的系数，对各相电流的系数进行静止坐标变换，计算得z1
‑
z2子平面电流为零，因此将ML控制策略下z1
‑
z2子平面电流参考值z2子平面电流参考值的值设置为0，可以实现ML控制策略；步骤4、以最大转矩输出为优化目标，采用MT控制策略的目标函数表示为各相电流幅值中的最大值，通过Matlab的优化工具箱计算得到MT控制策略下剩余各相电流的系数，对剩余各相电流的系数进行静止坐标变换，计算得到MT控制策略下z1
‑
z2子平面的参考电流；步骤5、设双三相电机在正常运行时输出额定转矩为T
e
；对输出电磁转矩范围进行区间划分，在0
‑
0.542(p.u.)之间采用ML控制策略，在0.542
‑
0.694(p.u.)之间采用混合控制策略；步骤6、采用混合控制策略时首先根据当前总的输出转矩值T求出系数λ；步骤7、通过系数λ计算混合控制策略中MT控制策略输出转矩所占比例γ；步骤8、由于ML控制策略输出转矩对应z1
‑
z2子平面电流参考值为零，因此计算MT控制策略输出转矩对应z1
‑
z2子平面电流参考值即为混合控制策略时z1
‑
z2子平面电流参考值；步骤9、以磁场定向控制为基础，对i
d
和i
q
通过PI控制器进行控制，将z1
‑
z2子平面电流参考值设定为步骤8所求得的值，采用PR控制器控制，减小了双三相电机单相缺相故障情况下在输出转矩范围0.542
‑
0.694(p.u.)之间的定子铜耗。2.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法，其特征在于，所述步骤1所用的矢量空间解耦的静止变换矩阵如式(1)所示：
电流矢量空间解耦过程如下：[i
α i
β i
z1 i
z2 i
z3
]
T
＝T
5s
[i
A i
B i
C i
D i
E
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中i
α
、i
β
为α
‑
β子平面电流，i
z1
、i
z2
为z1
‑
z2子平面电流，i
z3
为零序子平面电流，恒为0，i
A
、i
B
、i
C
、i
D
、i
E
为电机各相电流；所用到的旋转坐标变化矩阵如式(3)所示：α
‑
β子平面中电流旋转变化过程如下：[i
d i
q i
z1 i
z2 i
z3
]
T
＝P5[i
α i
β i
z1 i
z2 i
z3
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中i
d
、i
q
为对α
‑
β子平面中的电流进行旋转坐标变换，投影到d
‑
q同步旋转坐标系中的对应电流。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长攀，史奔奔，景国秀，陈圣安，刘海峰，孙向东，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：