[发明专利]五相感应电机谐波损耗抑制效率优化控制方法及控制系统

说明书

本发明属于电机控制技术领域，公开了一种五相感应电机谐波损耗抑制效率优化控制方法及控制系统，以五相电机转子磁场定向下的等效电路为基础，通过引入独立铁损回路，建立简洁d‑q基波空间损耗模型，采用谐波空间电流闭环消除x‑y谐波空间对损耗模型的影响，得到五相感应电机的效率优化控制策略拓扑，进行五相感应电机谐波损耗抑制效率优化控制。本发明以谐波电流闭环消除谐波损耗影响，使用独立铁损支路简化损耗模型，得出计算负担较低的五相感应电机损耗模型，并提出相应控制策略。仿真结果表明，本发明在稳态下提高了电机效率，并极大程度上消除了多相电机特有的谐波空间损耗的影响。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种五相感应电机谐波损耗抑制效率优化控制方法及系统。

背景技术

目前，得益于五相感应电机的低转矩脉动、高可靠性、低压大功率等优势，其在电动船舶推进、机车牵引、电动和混合动力电动汽车等领域收到越来越多关注。但当前对于五相电机控制算法的研究主要聚焦于缺相运行和谐波分析领域。在效率优化领域仍存在较大空缺。

常见的间接磁场定向控制拓扑给定恒磁链幅值，轻载工况下仍维持较高励磁分量，在获得较好的动态响应的同时导致电机损耗严重，因此各种效率优化控制策略本质上是弱磁控制(尽管某些特殊过载情况下效率最优磁链会超过额定值)。对于三相感应电机，效率优化或最小损耗控制(LMC)国内外已存在广泛研究。通常将效率优化控制技术分为模型法和搜索法，后者由于搜索耗时较长(数百毫秒至数秒)、搜索过程推力震荡大等问题，工程应用较少。基于矢量控制的模型法效率优化控制技术是当下研究的热点，这类方法依赖准确的损耗模型，因而对电机参数较为敏感。但同时，模型复杂度也需要进行限制。

《Minimization of system-level losses in VSI-based induction motordrives:Offline strategies》以三相感应电机为对象，考虑了铁损、铜损、逆变器、滤波电路、直流母线等损耗。问题在于：模型过于复杂，无法统一控制变量，只能进行离线查表。

《感应电机基于最大转矩输入功率比的能效优化》以三相感应电机为对象，采用并联铁损电阻支路的模型。提出的控制策略考虑了铁损、铜损。问题在于：(1)三相感应电机不存在谐波空间损耗，难以直接应用于五相感应电机。(2)并联铁损支路使得损耗模型计算较为复杂。

《五相感应电机缺相容错运行的全转矩范围效率优化控制策略》建立五相感应电机缺一相和两相的效率优化控制策略。但是该方法存在问题为：(1)模型只能应用于缺相情况。(2)系数矩阵针对特定电机离线测得，难于推广。(3)忽略了铁损和谐波空间损耗，仅计算了铜损。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：当前，未有正常运行工况下、考虑谐波空间损耗的五相感应电机效率优化控制策略。而现存效率优化控制方法存在以下问题：其一，三相感应电机使用3-2旋转变换，将三相自然坐标系变量变换为基波、谐波子空间进行控制。而五相感应电机存在谐波子平面，变换矩阵不同、控制选取的子空间具有多自由度，这是前者未考虑的。其二，现有的感应电机损耗控制模型未能很好的平衡模型复杂度与准确性，有些过于复杂只能离线查表、有些则过于简化忽略了铁芯损耗等；其三，传统三相电机控制方法无法消除多相电机特有的谐波空间损耗。这些原因最终导致电机控制效率不佳。

解决以上问题及缺陷的难度为：其一，需要选取合适的变换矩阵，将自然坐标系下的五相电压、电流、磁链等变量变换为基波、谐波、零序子平面。其二，为了兼顾模型准确度与简洁性，必须适当的处理铁损电阻在电路中的位置，如激磁电感并联支路会使得电机的电压方程组多出两个等式，而激磁电感串联铁损电阻会带来转子磁链定向下转子d轴电流i_dr不为零的矛盾。其三，五相感应电机的基波子平面、谐波子平面相互垂直，损耗变量无法统一建模，必须适当的设计控制拓扑分别控制或消除谐波影响。