[发明专利]一种抑制五相逆变器共模电压的有限集模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种抑制五相逆变器共模电压的有限集模型预测控制方法，具体为：利用五相逆变器输出的十个大矢量来合成虚拟电压矢量，选择相邻的四个大矢量合成α‑β子空间下的虚拟有效电压矢量，共合成十个虚拟有效电压矢量，选择两方向相反的大矢量合成虚拟零矢量；以虚拟电压矢量作为矢量控制集，通过简化的预测模型预测电流变化趋势；利用简化的评价函数，选择出最优的虚拟电压矢量；最后，设计对称的开关序列输出最优矢量。本发明有效抑制了共模电压和低次谐波电流，提高了逆变器输出电流稳态性能；此外，得益于虚拟电压矢量抑制共模电压和低次谐波的特点，预测模型和评价函数得到简化，算法计算复杂度低，易于数字化实现。

技术领域

本发明属于电力电子与电力传动领域中五相电机交流控制系统设计与制造领域，具体涉及一种抑制五相逆变器共模电压的有限集模型预测控制方法。

背景技术

由于电力系统三相供电制式的限制，交流电气传动方面的研究工作主要集中于三相电机传动系统的理论研究和实际应用。随着社会的发展和工业的进步，越来越多的应用场合对传动系统的输出功率提出了更高的要求，而多相电机变频传动系统在电压受限制的场合能够提供更大的功率，且转矩脉动小，运行效率高；容错性能好，可靠性高，得到了日益广泛的关注和研究。

多相电机变频传动系统主要包括多相电力电子变频器和多相电机，变频器的应用使得变频传动系统具有调速范围宽、启动转矩大、电机动态性能好，效率高等优点；然而变频器的应用也带来了一些负面效应：变频器产生的高频共模电压(common-mode voltage，CMV)，会在电动机转轴上感应出高幅值的轴电压，并形成轴承电流，加速了电机轴承老化，使电动机的轴承在短期内损坏，缩短了电动机的使用寿命。

为减少共模电压对电动机的负面影响，国内外学者提出了很多抑制共模电压的方法，主要分为主动抑制和被动抑制两种。被动抑制包括采用共模抑制变压器、共模滤波器以及共模扼流线圈等，这些方法均需要增加硬件成本；主动抑制主要从逆变器的控制算法入手抑制共模电压，强调通过修改调制算法达到抑制共模电压的目的，无需额外的硬件，应用更为灵活，成本低。

目前，模型预测控制在电机控制领域得到了广泛的关注，其中，有限集模型预测电流控制(finite control set model predictive control，FCS-MPC)因其具有结构简单、动态响应快、易于处理系统约束问题等优点，已成为模型预测控制在电机控制领域的研究热点。然而，传统的模型预测控制同样会带来较高的共模电压，为此，有学者提出了一些改进的模型预测控制算法，通过增加抑制共模电压的约束条件来实现共模电压的抑制，然而仍具有算法复杂，计算负担重，低次谐波含量高等缺点。针对现有模型预测控制方法的不足，本发明提出了一种改进的抑制五相逆变器共模电压的有限集模型预测控制方法，可以有效地实现抑制共模电压、消除谐波电流和简化模型预测控制算法之间的平衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是抑制五相永磁同步电机控制系统中的共模电压，针对此问题，本发明提供一种抑制五相逆变器共模电压的有限集模型预测控制方法。

本发明的一种抑制五相逆变器共模电压的有限集模型预测控制方法具体步骤为：

步骤1：虚拟电压矢量合成。根据伏秒平衡原则，利用五相逆变器输出的十个大矢量来合成虚拟电压矢量；选择每相邻的四个大矢量合成α-β子空间下的虚拟有效电压矢量，并使映射到x-y子空间下的合成电压矢量幅值为零，根据以上合成原则，共合成十个虚拟有效电压矢量，依次为：V_v1、V_v2……V_v10；所得虚拟有效电压矢量的幅值在α-β子空间下为0.5257V_dc，映射到x-y子空间下幅值为0，其中，V_dc为直流母线电压；另外，为避免零矢量产生较大的共模电压，选择α-β子空间下两个方向相反的大矢量按照相同的占空比进行组合，得到虚拟零矢量。