[发明专利]双三相PMSG多相开路故障容错运行控制方法及系统

说明书

本发明公开一种双三相PMSG多相开路故障容错运行控制方法及系统。所述方法及系统采用双层电流控制环控制所述双三相PMSG的各相电流和转速，其中内层电流控制环用于控制直轴电压、交轴电压中的时变部分，外层电流控制环用于控制直轴电压、交轴电压中的非时变部分。与现有技术的非对称控制方法相比，本发明采用的双层电流控制环控制方式结构简单、使用灵活，能够实现双三相PMSG在非对称状态运行下的直轴电流和交轴电流更完全的解耦，更好地达到抑制转矩和转速波动的效果。此外，本发明采用的双层电流控制环中的控制结构使用普通PI控制器即可实现，结构简单、成本低廉，计算量亦无明显增加。

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种双三相永磁同步发电机PMSG多相开路故障容错运行控制方法及系统。

背景技术

相较于传统的三相永磁同步发电机(permanent magnetic synchronousgenerator，PMSG)，多相PMSG以其冗余度高，容错能力强，单机容量大等优势逐渐获得关注。多相PMSG可满足在同等电压、电流条件下，较传统三相电机提升一倍的发电功率。其中双三相永磁同步发电机多相开路故障容错运行，由于定子绕组空间位置与传统双三相永磁同步发电机多相开路故障容错运行类似，且对三次谐波的抑制作用明显，具备转矩脉动小、转矩密度高、可靠性高等优势，表现出了更广泛的应用价值和更良好的发展前景。

双三相PMSG在发生单相或多相定子绕组开路故障时，将会在非对称状态下运行。为保证非对称状态下，电机磁势与故障前相比不发生变化，需要对各相电流进行非对称控制。目前实现这种非对称控制的方法主要有三种：

一，场向控制策略。将定子电流进行坐标变换，变为直轴电流和交轴电流。由于隐极式电机的转矩完全由交轴电流提供，只要保证交轴电流恒定，就能达到电磁转矩恒定的目的。凸极式电机的转矩主要由直轴电流提供，交轴电流产生较小影响，只要保证直轴交轴电流的稳定，就能保证电机电磁转矩的稳定。通常直轴和交轴电流分别用独立的电流环进行控制，控制器通常采用PI(proportional integral，比例和积分)控制器。

二，相量分解。通过对电机位置角、转速等运动相量，或者静止正交坐标系下电机磁链、电压或电流(通常采用电流)等电磁相量的分解得到一系列各次谐波子空间、零序子空间等，采用PI等类型控制器对这些子空间中的分量进行抑制，从而达到抑制转矩波动，维持电机非对称运行的目的。

三，直接转矩控制。由于隐极式发电机的转矩由磁链大小和交轴电流大小决定，因此可对这两个量分别进行控制，使得电机产生的电磁转矩维持在期望值附近。

现有技术的以上三种方法中，多以第一种和第二种配合使用。然而由于这些方法都是从控制正常运行电机的方法中沿用而来，往往无法解决非对称运行状态下，电机电压电流的解耦问题。为解决双三相永磁同步发电机非对称运行状态下电机电压电流的解耦问题，一些相关研究虽然提出了时变旋转控制的概念，对非对称状态下解耦电机电压电流所产生的时变旋转矩阵进行消除，但是却产生了无法完全解耦，并且在消除直轴、交轴电流和电机电磁转矩的大波动的同时却产生了新的小波动的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双三相永磁同步发电机多相开路故障容错运行控制方法及系统，采用双层电流环控制策略实现在电机非对称运行状态下更完全的解耦，有效抑制电机直轴、交轴电流以及电磁转矩的波动问题，减少相电流畸变。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种双三相PMSG多相开路故障容错运行控制方法，所述控制方法包括：

获取双三相永磁同步发电机PMSG的直轴电流、交轴电流和零序电流；

直轴电流经过直轴电流内层控制环控制，生成直轴电压中的时变部分；

直轴电流经过直轴电流外层控制环控制，生成直轴电压中的非时变部分；