本發(fā)明涉及一種永磁電機(jī)的高通濾波有源阻尼控制方法，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高，在諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。由電壓源逆變器驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī)，會(huì)在定子線圈中產(chǎn)生較大的電流諧波，加劇電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。通常采用串聯(lián)lc濾波器的方法濾除電流諧波。但lc濾波器的引入會(huì)產(chǎn)生諧振，使電流波形惡化，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、針對(duì)lc濾波器的諧振問題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了許多探討，其中無源阻尼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、性能可靠，在永磁同步電機(jī)的控制中取得了諸多成果?！叭嘧兞髌鳠o源阻尼型lcl濾波器的分析與設(shè)計(jì)”(見《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，2017)中通過在lcl濾波器的電容支路串聯(lián)電阻，實(shí)現(xiàn)了諧振的抑制，但無源阻尼增加了額外的功率損耗。

3、也有學(xué)者提出虛擬電阻的概念，“apassivity-based?stability?analysis?ofthe?active?damping?technique?in?the?offshore?wind?farm?applications”(見《ieeetransactions?on?industry?applications》，2018)中將電容串聯(lián)虛擬電阻的形式等效成濾波電容電流反饋對(duì)諧振進(jìn)行抑制。由于受到逆變器延時(shí)的影響，傳統(tǒng)電容電流比例反饋嚴(yán)重影響了電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)前置lc濾波器的永磁同步電機(jī)的諧振抑制，提出了一種永磁電機(jī)的高通濾波有源阻尼控制方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明采用如圖1所示的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括逆變器、lc濾波器、永磁同步電機(jī)pmsm、用于三相靜止-兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的abc-dq模塊、電流控制器、有源阻尼模塊、用于兩相旋轉(zhuǎn)-兩相靜止坐標(biāo)變換的dq-αβ模塊、pwm模塊八個(gè)部分。

3、系統(tǒng)分為功率回路和控制回路。在功率回路中，逆變器輸出三相交流電，經(jīng)lc濾波器濾波后給到永磁同步電機(jī)pmsm。在控制回路中，逆變器的電流信號(hào)iinvx、lc濾波器的電容電流信號(hào)icx與永磁同步電機(jī)的電流信號(hào)isx經(jīng)abc-dq模塊進(jìn)行坐標(biāo)變換，輸出三者d軸和q軸的電流信號(hào)：iinvd,q、icd,q、isd,q；abc-dq模塊輸出的d軸和q軸的濾波電容電流信號(hào)icd,q作為有源阻尼模塊的輸入，輸出有源阻尼電壓uadd,q；d軸和q軸的參考電流id,qref與abc-dq模塊輸出的d軸和q軸的逆變器側(cè)電流信號(hào)iinvd,q(或d軸和q軸的電機(jī)側(cè)電流信號(hào)isd,q)做差，計(jì)算結(jié)果作為電流控制器的輸入，輸出電機(jī)參考電壓ud,qref；電流控制器輸出的電機(jī)參考電壓ud,qref、有源阻尼模塊輸出的有源阻尼電壓uadd,q兩者做差，計(jì)算結(jié)果作為dq-αβ模塊的輸入，輸出為α軸和β軸的電壓參考uα,βref；dq-αβ模塊輸出的α軸和β軸的電壓參考uα,βref控制pwm模塊輸出6路pwm，作為逆變器的輸入，用于控制逆變器中6個(gè)開關(guān)管的通斷。

4、逆變器的電流信號(hào)iinvx、lc濾波器的電容電流信號(hào)icx、永磁同步電機(jī)的電流信號(hào)isx與永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置θ給到abc-dq模塊，并通過計(jì)算輸出d軸和q軸逆變器側(cè)電流信號(hào)iinvd,q，d軸和q軸電機(jī)側(cè)電流信號(hào)isd,q，以及d軸和q軸濾波電容電流信號(hào)icd,q；

5、abc-dq模塊輸出的d軸和q軸濾波電容電流信號(hào)icd,q給到有源阻尼模塊，并通過計(jì)算輸出d軸和q軸有源阻尼電壓uadd,q；

6、有源阻尼模塊的輸入和輸出關(guān)系為：其中td是1.5倍的系統(tǒng)控制周期；kc是有源阻尼模塊(6)的增益；b是有源阻尼模塊(6)高轉(zhuǎn)折頻率的倒數(shù)；s是復(fù)頻域中的微分算子；

7、所述可調(diào)參數(shù)kc和b可以取值為：

8、

9、其中：kp為電流控制器的比例系數(shù)；lf、cf分別是lc濾波器電感和電容值；ls是電機(jī)定子電感；ωc是期望的電流環(huán)開環(huán)截止頻率；

10、d軸和q軸參考電流信號(hào)id,qref減去abc-dq模塊輸出的d軸和q軸逆變器側(cè)電流信號(hào)iinvd,q(或d軸和q軸電機(jī)側(cè)電流信號(hào)isd,q)，將計(jì)算結(jié)果給到電流控制器模塊，并在計(jì)算后輸出d軸和q軸電機(jī)參考電壓ud,qref；

11、電流控制器的輸出d軸和q軸電機(jī)參考電壓ud,qref，減去有源阻尼模塊輸出的d軸和q軸有源阻尼電壓uadd,q，得到阻尼后d軸和q軸電機(jī)參考電壓u*d,qref；

12、阻尼后d軸和q軸電機(jī)參考電壓u*d,qref和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ給到dq-αβ模塊，并在計(jì)算后輸出α軸和β軸的電壓參考uα,βref；

13、dq-αβ模塊輸出的α軸和β軸的電壓參考uα,βref給到pwm模塊，并在計(jì)算后輸出6路pwm輸出信號(hào)，控制逆變器中6個(gè)開關(guān)管的通斷。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有阻尼方法相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：與現(xiàn)有的電容電流比例反饋有源阻尼方法不同，該控制方法可以提升諧振抑制效果的同時(shí)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

15、下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

技術(shù)特征：

1.一種永磁電機(jī)的高通濾波有源阻尼控制方法，其特征在于，所述方法所用的控制系統(tǒng)包含：逆變器(1)、lc濾波器(2)、永磁同步電機(jī)pmsm(3)、用于三相靜止-兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的abc-dq模塊(4)、電流控制器(5)、有源阻尼模塊(6)、用于兩相旋轉(zhuǎn)-兩相靜止坐標(biāo)變換的dq-αβ模塊(7)、pwm模塊(8)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述永磁電機(jī)的高通濾波有源阻尼控制方法，有源阻尼模塊(6)的輸入和輸出關(guān)系為：其中td是1.5倍的系統(tǒng)控制周期；kc是有源阻尼模塊(6)的增益；b是有源阻尼模塊(6)高轉(zhuǎn)折頻率的倒數(shù)；s是復(fù)頻域中的微分算子；

技術(shù)總結(jié)
一種永磁電機(jī)的高通濾波有源阻尼控制方法，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。由逆變器驅(qū)動(dòng)的永磁電機(jī)，在定子線圈中含有較大的電流諧波，造成電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。在逆變器和電機(jī)之間串聯(lián)LC濾波器可以濾除電流諧波，但會(huì)引起系統(tǒng)諧振，使電流波形惡化，甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并嚴(yán)重降低動(dòng)態(tài)性能。本發(fā)明通過在電容電流反饋回路中串入高通濾波器，提升了電機(jī)系統(tǒng)的諧振抑制效果和動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：許家群,張瑞濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6