[发明专利]基于准Z源双级矩阵变换器的永磁同步电机无源控制方法

权利要求书

1.一种基于准Z源双级矩阵变换器的永磁同步电机无源控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)采集准Z源双级矩阵变换器的三相输入电压u_a、u_b、u_c和三相输出电流i_A、i_B、i_C，以及永磁同步电机的电机转子位置角θ和转子机械转速ω；

2)三相输入电压u_a、u_b、u_c以及直通占空比D送入整流级调制，采用整流级插入直通矢量的SVPWM调制算法得到整流级及准Z源电路开关管的开关信号g_st和g₁～g₆，其中，g_st为直通脉冲，用来控制准Z源网络直通与非直通状态切换，使准Z源网络输出升压后的电压u’_a、u’_b、u’_c；g₁～g₆则用来控制变换器整流级开关动作；

3)三相输出电流i_A、i_B、i_C经过PARK转换为两相电流i_d、i_q，与转子机械转速ω、阻尼注入、负载转矩T_L、期望转速ω*一起送入基于互联与阻尼分配的无源控制器中，得到dq坐标下的d、q轴电压u_d、u_q，再经过PARK逆转换为三相电压送变换器逆变级调制，逆变级调制输出g₇～g₁₂则用来控制变换器逆变级开关动作；

4)整流级和逆变级进行协调控制，得到准Z源双级矩阵变换器各双向开关的开关信号，实现准Z源双级矩阵变换器及永磁同步电机的控制。

2.根据权利要求1所述基于准Z源双级矩阵变换器的永磁同步电机无源控制方法，其特征在于，所述步骤2)采用整流级插入直通矢量的SVPWM调制算法具体包括如下步骤：

2.1)采集准Z源双级矩阵变换器三相输入电压u_a、u_b和u_c，通过矢量合成原理，得到输入相电压空间矢量u_i；

式中，U_im为输入相电压幅值，ω_i为输入角频率；

2.2)在得到当前的输入角频率ω_i后，根据设定的输入相位差确定期望的输入相电流空间矢量i_ref：

式中，I_im为输入相电流幅值，为设定的输入相位差；

2.3)根据期望电压传输比G求得对应准Z源网络升压因子B，电压传输比及升压因子具体表达式为：

式中D为直通占空比；m_c为设定的输入相电流空间矢量调制系数；U_om为输出相电压幅值；m_v为输出电压矢量调制系数；

2.4)建立输入相电流空间矢量αβ坐标系，并将该坐标系划分为6个扇区；

2.5)将期望的输入相电流空间矢量i_ref置于该αβ坐标系中，利用两相邻的有效矢量i_α、i_β和一个零矢量合成期望的输入相电流空间矢量，一个零矢量包括直通零矢量i_st和非直通零矢量i₀；

2.6)根据升压因子要求计算得到直通零矢量作用时间；进而得到有效矢量i_α和i_β以及零矢量i₀、i_st的作用时间；

2.7)根据期望的输入相电流空间矢量在αβ坐标系中的位置以及合成该期望的输入相电流空间矢量的有效矢量i_α、i_β和各零矢量i₀的作用时间得到准Z源网络开关管和整流级开关管动作信号；

步骤2.6)各矢量作用时间具体计算公式为：

式中，T_α和d_α分别对应为有效矢量i_α的作用时间和占空比，T_β和d_β分别对应为有效矢量i_β的作用时间和占空比，T_st和d_st分别为直通零矢量i_st的作用时间和占空比，T₀为非直通零矢量i₀的作用时间，T_s为变换器开关管开关周期，m_c为设定的输入相电流空间矢量调制系数，θ_sc为期望的输入相电流空间矢量当前扇区中的位置；

设定的输入相电流空间矢量调制系数m_c具体计算公式为：

m_c＝I_im/i_p,avg

式中，I_im为输入相电流幅值，i_p,avg为双级矩阵变换器虚拟直流母线中电流i_p的平均值。