[发明专利]一种开绕组永磁同步电机的串联补偿直接转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种开绕组永磁同步电机的串联补偿直接转矩控制方法。

背景技术

永磁电机具有功率密度大、运行效率高、结构简单、体积小、重量轻、运行稳定，目前已广泛应用到电力机车、电动汽车、航天、国防等领域。但由于永磁电机采用的是永磁体励磁，存在弱磁升速困难，运行范围较窄，限制了永磁电机在电力牵引中的应用。目前常见的解决方案是改进电机的设计，但是会使电机的运行效率和运行性能不同程度的降低。因此，必须寻找一种既能提高电机的运行性能，又能控制电机系统成本的拓扑结构和控制策略。

开绕组永磁同步电机系统是将传统Y接定子绕组的中性点打开，形成六个出线端，在电机两端分别接两个变换器实现对电机的供电。这种拓扑结构与传统三电平逆变电路相比，减少了功率开关器件数量，具有同等的电压输出能力，具备多电平逆变技术优势和特有的容错能力，保障了系统的安全可靠性。目前这种开绕组拓扑结构的应用主要集中在感应电机上，在永磁同步电机的应用尚少，且多采用两个独立电源对变换器供电，因此限制了双变换器开绕组电机在仅能提供单一有限电源场合的应用。

公开号为CN103281026A的中国发明专利针对电源有限的场合，提出了一种混合变换器开绕组永磁同步电机系统的直接转矩控制方法，所使用的两个变换器分别采用直流电源和大电容供电，其中由电源供电的主变换器仅提供有功功率，进行开绕组电机的驱动控制；由大电容供电的补偿变换器仅提供无功功率，作为主变换器驱动永磁同步电机系统的串联补偿装置，为电机提供功率补偿；通过对主变换器和补偿变换器进行有效的协同控制，可有效提升有限电源条件下的电机控制系统的运行范围和运行性能。

但在该专利的弱磁磁链计算模块中，最大电压的计算仅考虑了主变换器提供全部有功功率、补偿变换器提供全部无功功率的特定情况，且假定直流母线电压和电容电压均恒定。而实际控制中会存在主变换器同时承担部分无功功率的情况，且直流母线电压特别是电容电压均可能发生变化，因此该控制方法实现了对开绕组永磁同步电机的有效控制，但控制效果并非最优。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明公开了一种开绕组永磁同步电机的串联补偿直接转矩控制方法，能够在有限电源条件下提高永磁同步电机运行范围以及动态运行性能。

一种开绕组永磁同步电机的串联补偿直接转矩控制方法，包括如下步骤：

（1）采集电机的转速ω、三相定子电压、三相定子电流以及电机两侧变换器的直流母线电压；

（2）对三相定子电压和三相定子电流进行Clarke变换，对应得到α-β坐标系下的定子电压分量u_α和u_β以及定子电流分量i_α和i_β，进而确定定子电流矢量幅值I_s以及定子电流矢量与α轴的夹角θ_i；

（3）根据定子电压分量u_α和u_β以及定子电流分量i_α和i_β，计算电机的电磁转矩T_e、定子磁链Ψ_s及其与α轴的夹角δ；

（4）确定电机的参考电磁转矩T_e^*和参考定子磁链Ψ_s^*；

（5）根据参考电磁转矩T_e^*和参考定子磁链Ψ_s^*，计算出α-β坐标系下电机的调制电压分量V_α^*和V_β^*；

（6）根据调制电压分量V_α^*和V_β^*确定电机两侧变换器各自的调制电压分量，进而通过SVPWM(空间矢量脉宽调制)技术生成两组PWM(脉宽调制)信号分别对两侧变换器进行控制。

所述的步骤（2）中根据以下算式确定定子电流矢量幅值I_s以及定子电流矢量与α轴的夹角θ_i：