[发明专利]基于MMC的电机驱动系统及其离散控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模块化多电平变换器的电机驱动系统及其离散控制方法，该系统包括模块化多电平变换器和电机，模块化多电平变换器的输出端连接电机；其包括三相，每相均包括上、下桥臂，上、下桥臂均包括串联连接的N个相同的子模块和桥臂电感，上桥臂第一个子模块的输入端和下桥臂最后一个子模块的输出端分别与直流母线相连，上一子模块的输出端与下一子模块的输入端相连，上桥臂最后一个子模块的输出端通过上、下桥臂电感与下桥臂第一个子模块的输入端连接；每相上、下桥臂电感的连接点为其输出端，三个输出端与电机三相相连。本发明对基于模块化多电平变换器的电机驱动系统进行离散化，实现电机多电平驱动下稳定运行。

技术领域

本发明涉及电机驱动控制技术，特别是涉及一种基于模块化多电平变换器(MMC)的电机驱动系统离散控制方法。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)是一种新型的多电平变换器，具有高度模块化结构，效率高，便于扩展系统电压和容量，实现工业化生产。模块化多电平变换器驱动高速永磁电机，无需通过大容量变压器，即可实现低耐压开关实现高压多电平输出，等效开关频率高，波形更接近正弦波，可以降低系统损耗。

对于数字控制技术，传统的电机驱动控制器设计往往采用零阶保持器的方法，假设在一个周期内，系统的电压、电流等参数保持不变，然后在频域内设计控制器。而对于基于模块化多电平变换器的电机驱动系统，数据量大，尤其到高频阶段，一个采样周期内参数保持不变的假设已经不成立。需要建立更精确的数学模型，根据模型的状态方程，设计相应的控制器。

发明内容

发明目的：提供一种基于模块化多电平变换器(MMC)的电机驱动系统及其离散控制方法，以解决现有技术的不足。

技术方案：本发明的基于模块化多电平变换器的电机驱动系统，包括模块化多电平变换器和电机，所述模块化多电平变换器的输出端连接电机；

其中，模块化多电平变换器包括三相，各相均包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括串联连接的N个相同的子模块SMi，i＝1,2,...,N和一个桥臂电感L，所述上桥臂的第一个子模块的输入端和下桥臂最后一个子模块的输出端分别与直流母线相连，上一子模块的输出端与下一子模块的输入端相连，上桥臂最后一个子模块的输出端通过上桥臂电感和下桥臂电感与下桥臂第一个子模块的输入端连接；所述每一相的上桥臂和下桥臂电感的连接点为模块化多电平变换器的输出端，三个输出端与电机三相相连。

进一步的，所述子模块为半桥模块，包括大功率可控电力电子开关T1和T2、两个二极管以及电容C，其中，T1和T2分别反并联一个二极管，然后串联，最后与电容C并联连接。

进一步的，所述大功率可控电力电子开关T1和T2为绝缘栅双极型晶体管。

进一步的，所述上桥臂和下桥臂子模块数目分别为偶数。

另一实施例，一种基于模块化多电平变换器的电机驱动系统离散控制方法，包括以下步骤：

(1)建立MMC输出数学模型方程

根据基尔霍夫定律，桥臂电压可表示为：

其中，E为直流母线电压，v_pj、v_nj分别为j相上、下桥臂电压，i_pj、i_nj分别为j相上、下桥臂电流，i_j为交流侧j相电流，L为桥臂电感，L_s为电机绕组电感，R_s为电机绕组电阻，e_j为电机各相反电势，j＝a,b,c；

所以，由桥臂电压数学模型方程可以得到MMC输出数学模型方程：

定义则MMC输出数学模型方程为：