[发明专利]一种半控型开绕组PMSG双矢量模型预测磁链控制方法

说明书

本发明公开了一种半控型开绕组PMSG双矢量模型预测磁链控制方法。首先，通过电压调节器获得电磁转矩参考值，计算MTPA控制下(k+1)时刻定子磁链d‑q轴分量幅值参考值；然后构建冗余矢量判据，预先对开绕组电机系统的零序电流进行抑制；结合预测模型，利用(k+1)时刻定子磁链d‑q轴分量的参考值和预测值建立价值函数，选出最优电压矢量；最后利用改进型双矢量占空比控制方法计算最优电压矢量作用时间。本发明提供的开绕组永磁电机控制方法，利用冗余矢量实现对系统零序电流的抑制，避免了价值函数中权重系数的选择，结合MTPA方法，有效利用了电机的磁阻转矩，提高了系统运行效率，且采用改进型双矢量占空比控制方法，降低了转矩脉动，提高了系统动稳态性能。

技术领域

本发明涉及一种开绕组永磁同步发电机模型预测磁链控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

永磁同步发电机(Permanent magnet synchronous generator，PMSG)系统依据其高效率、高功率密度、拓扑结构灵活、运行性能优越等优点，在大功率风力发电系统、车载一体化、移动式发电机组等领域得到了广泛关注。随着发电系统功率等级的提高，传统PMSG系统变流器容量受限，为进一步降低发电系统对所用变流器开关器件的要求，有学者提出了一种新型的开绕组永磁同步发电机(Open-winding permanent magnet synchronousgenerator，OW-PMSG)系统，通过将传统发电机电枢绕组连接的中性点拆开，每相的定子绕组在两端独立连接，使得发电机具有开绕组结构。其固有的磁路特性不会改变，仍具有高效率、高功率密度、高可靠性等优点，且采用两个变流器同时馈电，也满足发电系统容错运行的需要。OW-PMSG系统要实现运行控制，需采用两组变流器，此时系统需要对十二个开关器件进行控制，一方面增加了系统的复杂性和控制难度，另一方面增加了开关器件的导通损耗。为提高OW-PMSG系统实用性、降低系统控制复杂度，一种半控型开绕组永磁同步发电机(Semicontrolled open-winding permanent magnet synchronous generator，SOW-PMSG)系统结构得到广泛关注。PMSG绕组一端接不控的二极管整流桥，另一端接可控的电压型逆变器。与双逆变器的开绕组电机控制系统相比，SOW-PMSG系统结构简单，减小了所需开关器件数量，因而控制过程更容易实现。

当SOW-PMSG系统采用共直流母线接线方式时，节约成本，变流器产生的共模电压会通过直流母线形成环流，产生额外损耗，影响系统效率和带载能力，加剧系统的老化。为解决共直流母线情况下SOW-PMSG的零序电流，一种高性能电机控制算法-模型预测转矩控制(Model predictive torque control，MPTC)凭借其结构简单、动态响应快等优点得到了广泛发展。但是，传统的MPTC方法需要对价值函数中的权重系数进行设计，而权重系数的设计目前缺乏统一的指导策略，因此通过对MPTC策略的改进和转化提出一种模型预测磁链控制(Model predictive flux control，MPFC)，通过解析电磁转矩与磁链幅值之间的内在联系，将控制变量简化为单一磁链控制。同时，单矢量MPFC需要将所有基本电压矢量进行滚动优化，增加了系统的运算负担，同时，系统也存在着较大的转矩和电流脉动，使得系统的可靠性变差。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种半控型开绕组PMSG双矢量模型预测磁链控制方法，利用冗余矢量预先对开绕组电机系统中的零序电流进行抑制，避免了价值函数中权重系数的选择，降低了系统复杂度。