[发明专利]一种基本电压矢量补偿的主动阻尼方法

说明书

本发明提供了一种基本电压矢量补偿(BVC)的主动阻尼方法。首先，利用高通滤波器(HPF)和延时环节提取直流环节振荡小信号；然后，从直流环节电压中减去小信号值；最后，利用这个电压差值作为计算有限控制集模型预测电流控制(FCS‑MPCC)的基本电压矢量的直流环节电压值。此外，在小信号模型下，推导了BVC补偿后系统的输入阻抗，然后根据阻抗匹配准则和奈奎施特稳定判据详细分析了补偿前后系统的稳定性。BVC主动阻尼方法不仅具有FCS‑MPCC高速动态响应和良好稳态性能的优点，还能够有效抑制由于恒功率负载引起的直流环节电压振荡现象。该方法不受电流环带宽的影响；对电机性能的影响更小；不需要额外的电力电子器件，对逆变器效率的影响较小。

技术领域

本发明涉及直流推进系统，尤其是涉及直流推进系统中由于恒功率负载引起的直流环节电压振荡的抑制方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，直流推进系统在船舶中备受关注。同时，永磁同步电机(PMSM)因其结构简单、功率密度高、损耗小等优点，被广泛作为推进电机使用。因此，LC滤波器-PMSM级联系统在直流推进船舶中较为常见。但是PMSM驱动系统在严格调速和恒负载转矩下具有负阻抗特性，导致级联系统的直流环节电压出现振荡现象。这种振荡现象是由于LC滤波环节输出阻抗与负载输入阻抗不匹配造成的。

基于参考电流的补偿策略(RCC)和基于参考电压的补偿策略(RVC)是目前最常用的两种抑制直流环节电压振荡的方法。然而，RCC在q轴参考电流中注入阻尼项，这使得阻尼项与电流环之间存在耦合，导致电机性能下降；此外，RCC的补偿效果还受电流环带宽的影响。RVC在q轴参考电压中注入阻尼项，这对电机启动性能影响较大。

发明内容

根据上述提出的抑制直流推进系统中由于恒功率负载引起的直流环节电压的振荡技术问题，而提供一种基本电压矢量补偿的主动阻尼方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种基本电压矢量补偿的主动阻尼方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立具有直流电源、LC滤波器、逆变器和永磁同步电机的直流推进系统模型；

步骤2：采用阻抗匹配准则和奈奎施特稳定判据方法对所述直流推进系统模型进行稳定性分析；

所述直流推进系统模型包括电源部分和负载部分；所述电源部分由单个电压源v_g和输出阻抗Z_o表示，所述负载部分由输入阻抗Z_in表示；根据基尔霍夫电压和电流定律，输出阻抗Z_o通过小信号分析得到，如下式所示：

式中，L_dc、C_dc分别表示LC滤波器的电感和电容；R_dc表示线路电阻；

步骤3：根据永磁同步电机dq坐标系下的电压方程和前向欧拉离散方法，dq轴电流的预测方程为：

式中，L_d、L_q、R_s、p、ψ分别表示永磁同步电机的dq轴电感、电阻、极对数、永磁体磁链；I表示单位矩阵；i_d(k)、i_q(k)、i_d(k+1)、i_q(k+1)分别表示dq轴电流在第k时刻的测量值和第k+1时刻的预测值；T_s表示采样时间；ω_m(k)表示机械角速度在第k时刻的测量值；v_d(k)、v_q(k)分别表示在dq坐标系下逆变器的八个基本电压矢量；

为了使k+1时刻的dq轴预测电流跟随dq轴电流参考值，定义FCS-MPCC的代价函数为：