一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法，其方法的步骤包括：S1：通过坐标变换和低通滤波器来测量输出谐波电流；S2：通过dq

【技术实现步骤摘要】
一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法


[0001]本专利技术涉及谐波抑制
，特别是涉及一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法。

技术介绍

[0002]模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)凭借其模块化程度高、开关损耗低、故障阻断能力强及易余冗余拓展等优点，成为中压驱动应用中具有竞争力的拓扑结构。基于MMC电机驱动的主要技术挑战是低频时输出电流畸变及子模块电容电压波动问题使得MMC内部功率不平衡，输出电流谐波含量高，影响驱动系统的稳定运行。
[0003]目前，国内外学者针对MMC低频纹波抑制方面进行了一定的研究：传统的基于共模电压和环流注入的控制方法可以有效补偿低频能量波动，抑制电压纹波；有关学者提出一种改进的环流注入方法，将电压纹波限制在一定的范围内；有关学者提出注入最佳选择的谐波以减少电压纹波等等。这些方法有效抑制了低频波动，着眼于减少注入成分以降低注入带来的风险，但未重点考虑注入分量引起的输出谐波特性，三相输出电流明显受到低频区注入环流和共模电压的影响，输出谐波电流会导致电机在速度和转矩脉动方面的控制性能不佳，同时损耗电流谐波失真(THD)也会增加。考虑到电机实际应用中的驱动策略，输出电流失真不容忽视。
[0004]因此需要采用一种有利的控制方案来有效抑制谐波，而不产生额外的成本和其它不利的影响。
[0005]公开号为CN111835256A的专利技术创造公开了一种基于MMC的永磁同步电机变频调速控制方法，其控制方法对MMC采用正弦波高频共模电压与环流注入法：对于MMC子模块电容电压低频波动的抑制，采用正弦波高频共模电压与环流注入法，即在三相桥臂上注入正弦波高频共模电压，并根据不同的相桥臂分别注入一定量的高频环流，三相的控制方法相同；此控制方法有效抑制了低频波动，着眼于减少注入成分以降低注入带来的风险，但未考虑注入分量引起的输出谐波特性，三相输出电流明显受到低频区注入环流和共模电压的影响，输出谐波电流会导致电机在速度和转矩脉动方面的控制性能不佳，同时损耗电流THD也会增加。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的技术问题，本专利技术提供了一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法。
[0007]本专利技术采用以下具体的技术方案：
[0008]一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法，其方法包括以下步骤：
[0009]采集MMC三相输出电流，通过ABC
‑
dq变换，将三相输出电流变换到基频ω下的dq旋转坐标系中，占主导地位的基波分量变为直流项，而应抑制的谐波仍为交流项；
[0010]S2：采用低通滤波器保留直流项的基波分量，消除交流项的谐波；
[0011]S3：通过dq
‑
ABC逆变换，恢复没有谐波的基波电流i
1a
，i
1b
，i
1c
，从原三相输出电流中减去基波电流，精确得到输出谐波电流i
ha
，i
hb
，i
hc
；
[0012]S4：设定三相谐波的基准为0，采用比例控制器K
p
跟踪谐波电流；
[0013]S5：将K
p
输出电压u
kpa
，u
kpb
，u
kpc
与前馈回路中的补偿电压u
fc
相加，获得控制电压u
hk
(k＝a,b,c)，其补偿电压u
fc
的表达式为：
[0014][0015]其中ω
h
为注入分量，t为时间，为相位角，U
ωI
为围绕ω
h
的总主谐波电压幅值、U
2ω
围绕2ω
h
的总主谐波电压幅值；
[0016]S6：将获得的控制电压u
hk
(k＝a,b,c)叠加到系统的MMC控制电压上，得到MMC每个子模块的最终控制电压参考值，其MMC每个子模块的最终控制电压参考值的表达式为：
[0017][0018][0019]其中k∈(a,b,c)，u
coni
是MMC的平均、平衡、循环电流控制电压的总和，u
sk
、U
com
、U
dc
分别为电机的输出控制电压、注入的共模电压、直流电压，N为每个桥臂包含相同子模块的个数。
[0020]进一步地，所述步骤S2中的低通滤波器在滤除二倍谐波时进行使用，其低通滤波器的传递函数为：
[0021][0022]其中ω
c
为截止角频率，ξ为阻尼比，s为传递函数中的复变量。
[0023]进一步地，所述步骤S3中输出谐波电流i
ha
，i
hb
，i
hc
的表达式分别为：
[0024]i
ha
＝i
sa
‑
i
1a
，
[0025]i
hb
＝i
sb
‑
i
1b
，
[0026]i
hc
＝i
sc
‑
i
1c
。
[0027]进一步地，所述步骤S5中控制电压u
hk
(k＝a,b,c)的表达式为：
[0028]u
ha
＝u
kpa
+u
fc
，
[0029]u
hb
＝u
kpb
+u
fc
，
[0030]u
hc
＝u
kpc
+u
fc
。
[0031]进一步地，所述步骤S5中补偿电压u
fc
的表达式中的U
ωI
和U
2ω
的计算公式为：
[0032][0033]其中M为调制指数，I
s
为输出电流，C为子模块SM的电容。
[0034]进一步地，所述步骤S5前馈回路中前馈控制可用于注入相反的输出电压以抑制谐波，结合主谐波电压的表达式可用于推导出补偿电压u
fc
，其主谐波电压的表达式为：
[0035][0036][0037][0038][0039]其中U
h2I
、U
h2II
分别为在ω
h
和2ω
h
附近的谐波分量幅值，U
h3I
为在ω
h
附近的谐波分量幅值、U
h4I
为在2ω
h
附近的谐波分量幅值。
[0040]输出电流畸变的本质原因是由电容电压纹波和注入分量引起的输出谐波电压，主要的谐波电流是在ω
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：采集MMC三相输出电流，通过ABC
‑
dq变换，将三相输出电流变换到基频ω下的dq旋转坐标系中，占主导地位的基波分量变为直流项，而应抑制的谐波仍为交流项；S2：采用低通滤波器保留直流项的基波分量，消除交流项的谐波；S3：通过dq
‑
ABC逆变换，恢复没有谐波的基波电流i
1a
，i
1b
，i
1c
，从原三相输出电流i
sa
，i
sb
，i
sc
中减去基波电流，精确得到输出谐波电流i
ha
，i
hb
，i
hc
；S4：设定三相谐波的基准为0，采用比例控制器K
p
跟踪谐波电流；S5：将K
p
输出电压u
kpa
，u
kpb
，u
kpc
与前馈回路中的补偿电压u
fc
相加，获得三相控制电压u
hk
(k＝a,b,c)，其补偿电压u
fc
的表达式为：其中ω
h
为注入分量，t为时间，为相位角，U
ωI
为围绕ω
h
的总主谐波电压幅值、U
2ω
围绕2ω
h
的总主谐波电压幅值；S6：将获得的控制电压u
hk
(k＝a,b,c)叠加到系统的MMC控制电压上，得到MMC每个子模块的最终控制电压参考值，其MMC每个子模块的最终控制电压参考值的表达式为：块的最终控制电压参考值，其MMC每个子模块的最终控制电压参考值的表达式为：其中k∈(a,b,c)，u
coni
是MMC的平均、平衡、循环电流控制电压的总和，u
sk
、U
com
、U
dc
分别为电机的输出控制电压、注入的共模电压、直流电压，N为每个桥臂包含相同子模块的个数。2.根据权利要求1所述的一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中的低通滤波器在滤除二倍谐波时进行使用，其低通滤波器的传递函数为：其中ω
c
为截止角频率，ξ为阻尼比，s为传递函数中的复变量。3.根据权利要求1所述的一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法，其特征在于，所述步骤S3中输出谐波电流i
ha
，i
hb
，i
hc
的表达式分别为：i
ha
＝i
sa
‑
i
1a
，i
hb
＝i
sb
‑
i
1b
，i
hc
＝i
sc
‑
i
1c
。4.根据权利要求1所述的一种用于中压电机驱动的MMC输出电流谐波抑制方法，其特征在于，所述步骤S5中三相控制电压u
hk
(k＝a,b,c)的表达式为：
u
ha
＝u
kpa
+u
fc
，u
hb
＝u

【专利技术属性】
技术研发人员：程谆，李司城，张阳，
申请(专利权)人：湖南铁道职业技术学院，
类型：发明
国别省市：