【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大功率变频器及相关电机控制，具体涉及一种基于定子磁链偏差和中点电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，以及用于三电平逆变器驱动的永磁同步电机。
技术介绍
1、在相同工作条件下，中点钳位型逆变器相比于普通两电平结构具有输出电压正弦度更高，功率器件承压更低等优点，因而在中压大功率驱动场合得到广泛应用。
2、随着驱动系统功率等级的进一步提高，为降低开关损耗，功率器件的开关频率将受到严格限制，通常只有数百赫兹。传统脉宽调制技术(如svpwm)在低开关频率运行时，死区效应和电压脉冲正负半周不对称等因素会导致电流低次谐波含量增加和控制性能下降。
3、采用优化脉宽调制方式可保证在低开关频率下获得良好的电压或电流谐波特性，近年来逐渐被应用于轨道牵引、船舶推进等领域。但基于稳态求解得到的优化脉冲时刻并未考虑到交流电机在动态工况下其定子磁链可能发生的突然变化以及逆变器中点发生的偏移，若将优化脉宽调制方式直接应用于高性能动态控制系统，容易引起pwm脉冲紊乱，功率管承压不一致，导致器件过流甚至损坏。
4、模型预测控制(mpc)作为一种先进控制策略最早诞生于在20世纪70年代末，随着数字信号处理技术的发展，mpc在电力电子领域逐渐体现出它优异的性能。模型预测控制是结合离散化的数学模型，对步长范围内的变量状态进行预测。通过优化目标函数将期望控制量的参考值与预测值进行整合，并评估每种可能的取值状态，选取使优化目标函数最小的那组取值状态作为最终的输出。mpc具有原理简单、可同时对多个控制目标进行优化，动态响应迅速等优点
5、目前尚无法在不改变脉冲数的同时实现对中点钳位型逆变器中点平衡的控制和电机定子磁链的跟踪。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一是针对现有优化脉宽调制技术难以同时兼顾其稳态和动态性能，且应用于中点钳位型逆变器及其交流电机驱动时往往不易对定子磁链偏差、优化脉冲数、中点平衡、低次谐波等问题，提供一种基于定子磁链偏差和中点电位偏移的优化脉冲时刻修正方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于定子磁链偏差和中点电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，步骤为：
3、s1，使用包含二次函数j(δt)的预测模型计算未来时刻定子磁链偏差量、中点电位偏移量以及开关时刻修正量的预测值；
4、所述的二次函数
5、式中定子磁链偏差ψs,err＝[ψsα,err,ψsβ,err]t由电机定子磁链的给定值与实际值比较得来；
6、式中定子磁链的修正量ψs,corr(δt)＝[ψsα,corr,ψsβ,corr]t；
7、式中三相开关时刻修正量δt＝[δta1,δtb1,δtc1]t为a,b,c，tx1和分别表示当前状态下的实际开关时刻和标称开关时刻；
8、式中vn,err、vn,corr(δt)为中点钳位型逆变器直流母线中点电位偏移量及修正量；λv、λu为中点电位和开关时刻修正量的权重因子；
9、s2，采用有效集法进行约束求解，包括以下两个步骤：
10、s21，忽略开关时刻的约束条件，根据式δt＝-h-1c求解a,b,c三相无约束开关时刻的修正量；
11、s22，在无约束的开关时刻中增加约束条件如下；
12、
13、约束条件代表修正后的实际开关时刻最大只能提前至当前采样时刻kts，也仅能延后至下一标称开关时刻
14、s23，对于违反约束条件的开关时刻即所谓的有效约束，进行以下操作：
15、先增加约束条件以限制无约束开关时刻，形成这些开关时刻的最终方案，再将这些开关时刻所对应的δux1、δsx1置零，并更新矩阵h，最后计算这些开关时刻所产生的磁链修正量和中点电位修正量，并更新矩阵yerr、c；
16、重复运行步骤s21～s23直到求解结果保持不变。
17、进一步，所述预测模型的二次函数j(δt)中第一项算式可表示为：
18、j1(δt)＝|ψs,err-ψs,corr(δt)|2＝|ψs,err+wδt|2，
19、其中，
20、对δux1(x＝a,b,c)的定义如下：若实际开关时刻tx1(x＝a,b,c)使相电压增大(0→vdc/2或-vdc/2→0)，则δux1＝1；若实际开关时刻tx1(x＝a,b,c)使相电压减小(vdc/2→0或0→-vdc/2)，则δux1＝-1。
21、进一步，所述预测模型的二次函数j(δt)中第二项算式可表示为：
22、j2(δt)＝λv(vn,err-vn,corr(δt))2＝λv(vn,err+wtδt)2，
23、其中，c为上或下半直流母线电容容值，isx(x＝a,b,c)为三相负载电流；
24、对δsx1(x＝a,b,c)的定义如下：若实际开关时刻tx1(x＝a,b,c)使相电压的绝对值减小(vdc/2→0或-vdc/2→0)，则δsx1＝1；若实际开关时刻tx1(x＝a,b,c)使相电压绝对值增大(0→vdc/2或-vdc/2→0)，则δsx1＝-1。
25、再进一步，令q＝diag([1,1,λv])，则二次函数j(δt)可表示为
26、
27、进一步的，令h＝2vtqv+λui，c＝2vtqtyerr，并忽略其中的常数项，则二次函数j(δt)可表示为
28、本专利技术的目的之二是提供上述优化脉冲时刻修正方法用于三电平逆变器驱动的永磁同步电机。
29、本专利技术的有益效果是：本专利技术利用模型预测控制的思想，将基于优化脉宽调制的中点钳位型逆变器中定子磁链偏差与中点偏移问题转化为一个带不等式约束的二次函数最优化问题，并通过有效集法对其进行数值求解；二次函数对定子磁链偏差、中点偏移和开关时刻三者的修正量同时进行惩罚，并考虑开关时刻的修正量受限于当前采样时刻和下一开关时刻的约束；此外选取不同的权重因子对每一种修正量加以限制，在尽可能保持优化脉宽调制稳态开关时刻消谐特性的同时，实现定子磁链的快速跟踪和中点电位的平衡。
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1.基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，其特征在于：步骤为S1，使用包含二次函数J(Δt)的预测模型计算未来时刻定子磁链偏差量、中点电位偏移量以及开关时刻修正量的预测值；
2.根据权利要求1所述的基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，其特征在于，所述预测模型二次函数J(Δt)中第一项算式表示为：
3.根据权利要求2所述的基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，其特征在于，所述预测模型的二次函数J(Δt)中第二项算式表示为：
4.根据权利要求3所述的基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，其特征在于，令Q＝diag([1,1,λv])，则二次函数J(Δt)表示为
5.如权利要求1所述基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，用于三电平逆变器驱动的永磁同步电机。
【技术特征摘要】
1.基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，其特征在于：步骤为s1，使用包含二次函数j(δt)的预测模型计算未来时刻定子磁链偏差量、中点电位偏移量以及开关时刻修正量的预测值；
2.根据权利要求1所述的基于磁链偏差和电位偏移的优化脉冲时刻修正方法，其特征在于，所述预测模型二次函数j(δt)中第一项算式表示为：
3.根据权利要求2所述的基于磁链偏...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖烨然，姬凯，邱长青，汪丁泉，邵俊波，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶集团有限公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：
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