一種計(jì)及三次諧波反電勢(shì)抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)系統(tǒng)零序電流的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種計(jì)及三次諧波反電勢(shì)抑制共母線開(kāi) 繞組永磁電機(jī)系統(tǒng)零序電流的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，近年來(lái)受到世界各國(guó)的高度重視。永磁直驅(qū)式 風(fēng)電機(jī)組以其可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低、并網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為風(fēng)電系統(tǒng) 中的主流機(jī)型之一。
[0003] 傳統(tǒng)的永磁同步風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器以 及網(wǎng)側(cè)變流器組成。系統(tǒng)由風(fēng)輪帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn) 換，直流母線上并聯(lián)直流母線電容，網(wǎng)側(cè)變流器通過(guò)一組變壓器將電能饋入電網(wǎng)。在將捕獲 的風(fēng)能以電能的形式饋入電網(wǎng)的過(guò)程中，只需要根據(jù)要求控制機(jī)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器上 的開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通關(guān)斷，即可達(dá)到控制目的。
[0004] 近年來(lái)，有人提出開(kāi)繞組電機(jī)結(jié)構(gòu)，即將傳統(tǒng)的Y接繞組中性點(diǎn)解開(kāi)，繞組兩端各 接一個(gè)變流器，通過(guò)對(duì)兩個(gè)變流器的控制，可以實(shí)現(xiàn)三電平控制，提高了電機(jī)的電壓等級(jí)， 并且減小了電壓調(diào)制的諧波含量。由于開(kāi)繞組結(jié)構(gòu)下，使用了兩組變流器，他們的直流側(cè)連 接方式也直接對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。通常來(lái)講，直流側(cè)連接方式分為兩種：不共直流 母線連接方式與共直流母線連接方式。不共直流母線結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)下，兩個(gè)變流 器分別連接到兩個(gè)隔離的直流電源，由于兩直流電源隔離，系統(tǒng)中不存在零序電流回路，即 使電壓中存在三次諧波，也不會(huì)產(chǎn)生零序電流，但是由于系統(tǒng)需要兩個(gè)隔離的直流源，增加 了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。然而，當(dāng)采用共直流母線連接方式時(shí)，如圖3所示，主回路存在 零序電流回路。由于永磁電機(jī)中不可避免的存在反電勢(shì)三次諧波，若不采用適當(dāng)?shù)目刂品?法，系統(tǒng)中將會(huì)有零序電流流通，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，軸承發(fā)熱等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種計(jì)及三次諧波反電勢(shì)抑 制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)系統(tǒng)零序電流的控制方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
[0006] -種計(jì)及三次諧波反電勢(shì)抑制共母線開(kāi)繞組永磁電機(jī)系統(tǒng)零序電流的控制方法， 包括如下步驟：
[0007] (1)采集所述永磁電機(jī)系統(tǒng)的端電壓、相電流、公共的直流母線電壓Ud。、電機(jī)轉(zhuǎn)速 ?以及轉(zhuǎn)子位置角Q^
[0008] (2)利用所述的轉(zhuǎn)子位置角0 ?相電流進(jìn)行dqO坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，得到相電流的d 軸分量id、q軸分量iq和〇軸分量iz;
[0009] (3)根據(jù)所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速《以及相電流的d軸分量id，q軸分量iq和0軸分量iz， 計(jì)算出永磁電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率P、有功軸電壓補(bǔ)償量、無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量Aud和 零序電壓補(bǔ)償量Auz;
[0010] (4)根據(jù)所述的實(shí)際輸出功率P、有功軸電壓補(bǔ)償量Auq、無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量Aud 和零序電壓補(bǔ)償量△uz，通過(guò)基于無(wú)功軸電流為零的矢量控制算法計(jì)算出有功軸電壓指令 uq、無(wú)功軸電壓指令ud以及零序電壓指令uz;
[0011] (5)對(duì)所述的有功軸電壓指令uq和無(wú)功軸電壓指令ud進(jìn)行分配，得到永磁電機(jī)系 統(tǒng)中兩臺(tái)變流器各自的調(diào)制電壓矢量；
[0012] 對(duì)于任一臺(tái)變流器，利用SVPWM(空間電壓矢量調(diào)制）算法確定其調(diào)制電壓矢量所 在的扇區(qū)以及該扇區(qū)對(duì)應(yīng)兩個(gè)有效矢量的作用時(shí)長(zhǎng)；進(jìn)而根據(jù)所述的零序電壓指令uz和直 流母線電壓Ud。，計(jì)算出該變流器兩個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)；
[0013] 根據(jù)所述的兩個(gè)有效矢量及其對(duì)應(yīng)的作用時(shí)長(zhǎng)以及兩個(gè)零矢量及其對(duì)應(yīng)的作用 時(shí)長(zhǎng)，構(gòu)造得到一組PWM信號(hào)以對(duì)該變流器進(jìn)行控制。
[0014] 所述的步驟（3)中根據(jù)以下算式計(jì)算永磁電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率P、有功軸電 壓補(bǔ)償量AUq、無(wú)功軸電壓補(bǔ)償量Aud和零序電壓補(bǔ)償量Auz;
[0015]
[0016]
[0017] 其中：1^和Lq分別為永磁電機(jī)的直軸電感和交軸電感，Wj?和W&分別為永磁電機(jī) 轉(zhuǎn)子磁鏈的基波分量和三次諧波分量。
[0018] 所述的步驟（4)中基于無(wú)功軸電流為零的矢量控制算法，具體過(guò)程如下：
[0019] 4. 1使預(yù)設(shè)的目標(biāo)輸出功率PMf減去所述的實(shí)際輸出功率P，得到功率誤差P
[0020] 4. 2對(duì)所述的功率誤差進(jìn)行PI(比例積分）調(diào)節(jié)得到有功軸電流指令I(lǐng)q，同時(shí) 令無(wú)功軸電流指令1<!和零序電流指令I(lǐng)2均為零；
[0021] 4. 3使無(wú)功軸電流指令I(lǐng)d、有功軸電流指令15和零序電流指令I(lǐng)2分別減去相電流 的d軸分量id、q軸分量ijP0軸分量iz，得到無(wú)功軸電流誤差idOT、有功軸電流誤差iqOT 和零序電流誤差iZ6";
[0022] 4. 4分別對(duì)所述的有功軸電流誤差iqe"和無(wú)功軸電流誤差ide"進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到 有功軸電壓誤差uqOT和無(wú)功軸電壓誤差udOT;使所述的有功軸電壓補(bǔ)償量Auq和無(wú)功軸電 壓補(bǔ)償量Aud分別減去有功軸電壓誤差u 和無(wú)功軸電壓誤差u ，即得到有功軸電壓指 令Uq和無(wú)功軸電壓指令ud;
[0023] 4. 5對(duì)所述的零序電流誤差進(jìn)行PR(比例諧振）調(diào)節(jié)得到零序電壓誤差11_; 使所述的零序電壓補(bǔ)償量△Uz減去零序電壓誤差u ，即得到零序電壓指令uz。
[0024] 所述的步驟（5)中按照大小相同方向相反的原則對(duì)有功軸電壓指令ujP無(wú)功軸 電壓指令Ud進(jìn)行分配，即U(Ud+Uqj)/%U2=-(Ud+Uqj)/^ ;其中，七和U2分別為兩臺(tái)變 流器各自的調(diào)制電壓矢量，j為虛數(shù)單位。
[0025] 所述的步驟（5)中根據(jù)零序電壓指令\和直流母線電壓Ud。，通過(guò)以下規(guī)則計(jì)算出 變流器兩個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：
[0026] 當(dāng)其中一臺(tái)變流器A1的調(diào)制電壓矢量^位于第一扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效 矢量分別為1〇〇和110 ;此時(shí)，由于方向相反，另一臺(tái)變流器A2的調(diào)制電壓矢量112位于第四 扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效矢量分別為001和011 ;則通過(guò)以下算式計(jì)算出每臺(tái)變流器兩 個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：
[0032] 當(dāng)其中一臺(tái)變流器A1的調(diào)制電壓矢量^位于第二扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效 矢量分別為110和010 ;此時(shí)，由于方向相反，另一臺(tái)變流器A2的調(diào)制電壓矢量112位于第五 扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效矢量分別為001和101 ;則通過(guò)以下算式計(jì)算出每臺(tái)變流器兩 個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：
[0038] 當(dāng)其中一臺(tái)變流器A1的調(diào)制電壓矢量^位于第三扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效 矢量分別為010和011 ;此時(shí)，由于方向相反，另一臺(tái)變流器A2的調(diào)制電壓矢量112位于第六 扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效矢量分別為100和101 ;則通過(guò)以下算式計(jì)算出每臺(tái)變流器兩 個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：
[0044] 當(dāng)其中一臺(tái)變流器A1的調(diào)制電壓矢量^位于第四扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效 矢量分別為001和oil;此時(shí)，由于方向相反，另一臺(tái)變流器A2的調(diào)制電壓矢量112位于第一 扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效矢量分別為100和110 ;則通過(guò)以下算式計(jì)算出每臺(tái)變流器兩 個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：
[0050] 當(dāng)其中一臺(tái)變流器A1的調(diào)制電壓矢量^位于第五扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效 矢量分別為001和101 ;此時(shí)，由于方向相反，另一臺(tái)變流器A2的調(diào)制電壓矢量112位于第二 扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效矢量分別為110和010;則通過(guò)以下算式計(jì)算出每臺(tái)變流器兩 個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：

[0056] 當(dāng)其中一臺(tái)變流器A1的調(diào)制電壓矢量^位于第六扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效 矢量分別為101和1〇〇 ;此時(shí)，由于方向相反，另一臺(tái)變流器A2的調(diào)制電壓矢量112位于第三 扇區(qū)，該扇區(qū)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)有效矢量分別為010和011 ;則通過(guò)以下算式計(jì)算出每臺(tái)變流器兩 個(gè)零矢量的作用時(shí)長(zhǎng)：
[0062] 其中：Ts為變流器中功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)周期，Tim和Ti_分別為變流器A1兩個(gè) 零矢量111和〇〇〇對(duì)應(yīng)的作用時(shí)長(zhǎng)，T2111和T2 _分別為變流器A2兩個(gè)零矢量111和000 對(duì)應(yīng)的作用時(shí)長(zhǎng)，1(11和Ti_分別為變流器A1六個(gè)有效矢量100、 011、1