[发明专利]一种多相电机容错在线切通道过渡过程控制方法

说明书

本发明公开了一种多相电机容错在线切通道过渡过程控制方法，能够在某一或几通道故障时，容错在线切通道不停机运行；在通道故障及故障通道被切除过程中，实施剩余运行非故障通道变换器直流母线电压的稳定控制、变换器桥臂和电机的分流保护、以及多相电机灭磁综合协调控制方案；该方法实现多相电机多通道快速、平稳、安全的容错在线切通道过渡过程穿越运行，可应用于船舶推进、轨道牵引、风力发电等大功率机电能量转换场合。

技术领域

本发明属于交流电机控制技术领域，具体涉及一种多相电机多通道运行容错在线切通道过渡过程控制方法，以实现电机多通道快速、平稳、安全的容错在线切通道过渡过程穿越运行，应用于船舶推进、轨道牵引、矿山机械传动、冶金轧钢、风机泵类调速、风力发电等大功率机电能量转换场合。

背景技术

随着电力电子器件与技术发展，功率变换器可突破传统三相模式而采用多相模式，使电机摆脱电网相数的限制。

与三相电机相比，多相电机(相数m3)的显著优势在于：其一，采用多相模式可以使用低电压和功率等级器件实现低压大功率传动系统，供电电压受限的大功率应用场合；其二，随着相数的增加，电机基波电流产生的空间谐波磁动势的次数提高而幅值减小，从而使得转矩脉动频率增加且幅值减小，电机运行的效率也得到提高，振动噪声也得到改善；其三，由于多相电机相数的冗余，当多相电机或者变换器的一相或者几相出现故障时，通过调整控制策略实现降额容错运行，提高了电机运行的可靠性；其四，由于电机的可控维数等于电机的独立相数。

所以，多相电机的控制自由度更多，控制更灵活。例如对于整距绕组多相电机，以低次谐波注入的方式实现非正弦供电，使得气隙磁场分布为平顶波，提高铁心材料利用率，增加电机功率和转矩密度。鉴于此，多相电机系统在船舶推进、轨道牵引、矿山机械传动、冶金轧钢、风机泵类调速、风力发电等大功率机电能量转换领域具有广阔的应用价值，多相电机控制技术的研究亦由此展开。

多相电机经典的控制策略包括磁场定向矢量控制、直接转矩/功率控制等。其中矢量控制通过坐标变换对磁链和电磁转矩分别采用闭环控制，实现磁场和电流的解耦，具有良好的动静态性能；而直接控制勿需繁缛的坐标变换，通过磁链和转矩/功率的直接跟踪，具有较高的动态性能和鲁棒性。

然而，掣肘于电机相数和控制维数的增加，多相系统也存在控制策略复杂和单一功率变换器控制系统庞大等缺点，增加了系统研制技术难度，其发展受到制约。

多相电机多通道控制的思路是利用多套功率变换器驱动一台电机，将技术难度高的多相整体驱动转化为技术成熟的多通道分散驱动，这不仅较好的解决了多相系统复杂的技术难题，还因其各通道变换器是独立单元，提高了系统冗余和容错性。这种控制思路独辟蹊径，成为多相电机系统研究热点。

为充分发挥多相系统高可靠性优势，要求系统在某一或几通道故障时能在线切通道不停机运行，然而，电机是一个电磁耦合的整体，在通道故障或切通道瞬态过程中，由于电机定子绕组电压电流突变，导致定子绕组暂态磁链变化，在剩余运行通道中产生冲击电流和母线过电压，引发故障停机，使在线切通道失败。例如某通道定子绕组单相对地或相间短路导致机端电压骤变，会在电机中产生负序和瞬态直流静止磁场，导致转子绕组或其余定子绕组感应出较高反电势，产生瞬态较大电流，引起电磁转矩剧变、脉动和振荡，直流母线电压泵升，引发过流或过压等故障，甚至损坏系统元部件。

目前，尚缺乏对于正常、故障、容错工况之间进行过渡过程控制的详细研究，导致容错运行还难以应用到实际工程中。容错在线切通道过渡过程中，各通道如何独立保护和协调控制，是伴随着电机采用多通道模式而出现的迫在眉睫的新问题，对此进行分析进而寻求解决方法既具理论意义又有实用价值。

发明内容