[发明专利]一种高速多相永磁同步电机低损耗变流系统谐波抑制方法

说明书

本发明公开了一种高速多相永磁同步电机低损耗变流系统谐波抑制方法，属于新能源发电与并网技术领域。首先根据相数通过谐波抑制算法确定多相绕组之间的移相角度，再通过谐波抑制算法模块，抑制电机系统在有源整流与变频调速过程中的谐波分量，再通过傅里叶分析分离出有害谐波数学表达式，建立旋转坐标系下电流模型，通过谐波抑制环节抑制。最后通过三电平主拓扑结构实现主功率器件的等效高开关频率，执行以上谐波抑制算法的驱动控制。本发明能够降低控制系统和主功率器件技术指标要求，抑制多相电机对驱动系统内谐波的不可控放大作用；减少系统谐波造成的发热、噪声、震颤等安全隐患；降低系统损耗，实现多相电机变流器驱动下快速响应与稳定运行。

技术领域

本发明属于新能源发电与并网技术领域，具体涉及一种高速多相永磁同步电机低损耗变流系统谐波抑制方法。

背景技术

以永磁体作为转子材料的永磁同步电机，具有控制方便、能量转换效率高、结构简单、体积小、能量密度大等优点，在高速和超高速等高性能能量转换和传动领域具有广泛的应用前景。由于发电机及其驱动系统谐波的存在，造成发电机轴电流过大、齿轮箱点蚀、就发热等一些列问题。大功率发电机组永磁体在高温和过载的条件下极易造成退磁现象，严重影响发电机组的性能。另外，系统谐波也会造成发电机组机械振荡以及发电机组与电网之间的电气振荡，极大影响风电机组的安全稳定运行。为了不断提电机高转速同时减小摩擦发热，高速大功率驱动普遍采用磁悬浮轴承和真空腔体技术。在实现了高能量密度的同时带来了转子散热困难的问题，系统散热和发热控制成为制约大功率高转速驱动产品研发的重要因素。受大电流硅基半导体器件开关频率和碳化硅器件高价格的限制，高速大功率变流器采用变流器并联和IGBT并联实现变频调速控制，加之高速永磁电机自身定子电感较小谐波抑制能力较弱等因素，驱动系统内部谐波含量较大，造成大功率发电机组本体发热严重。

为了降低高速大功率电机驱动变流器的设计压力，可以将电机设计成多绕组电机，多绕组之间中性点断开。尤其双绕组移相30°六相电机对电机处在电动与发电频繁切换运行的应用场合，对电机与变流器系统内部的某次谐波具有放大作用，造成谐波抑制控制难度较大，效果不理想。YY接法移相30°双绕组电机绕组间三相相关文献提出谐波抑制算法主要依靠主功率器件IGBT的高开关频率来最终实现谐波抑制功能，与大电流IGBT低额定开关频率发生矛盾。有些文献提出采用比例谐振控制器进行多相永磁同步电机谐波控制，但是比例谐振控制器带宽窄且存在纯积分环节稳定性差等缺点，对于风力发电这种大功率、宽调速范围、谐波频率变化大的应用场合容易造成系统不稳定，很难实现谐波抑制效果。有些文献提出采用比例谐振控制器进行多相永磁同步电机谐波控制，但是比例谐振控制器带宽窄且存在纯积分环节稳定性差等缺点，对于风力发电这种大功率、宽调速范围、谐波频率变化范围大的应用场合容易造成系统不稳定。PI调节对于谐波这种交流量又不能很好的做到无静差跟踪控制，多次谐波抑制抑制算法中解耦坐标变换对控制系统性能要求高。因此需要对现有控制器进行改进设计，来满足风电系统大功率永磁同步电机驱动系统谐波抑制要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高速多相永磁同步电机低损耗变流系统谐波抑制方法，实现了驱动系统内多次超限值谐波有效抑制，减少了飞轮电机发热，减小了转矩脉动，减少了转子径向电磁偏振力，降低了永磁同步电机损耗，提高了高速双转子发电机设备安全稳定性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高速多相永磁同步电机低损耗变流系统谐波抑制方法，包括：

S1：根据多相电机绕组的相数计算绕组之间的移相角度，根据多相电机绕组之间的移相角度进行多相电机绕组空间结构设计；根据多相电机绕组之间的移相角度计算多相电机驱动系统变流器调制波移相角度，将得到的多相电机驱动系统变流器调制波移相角度作为多相电机不同变流器之间同相电压实时电角度差值和不同变流器驱动系统同相电压调制波实时电角度差值；