[发明专利]一种低复杂度的双三相永磁同步发电机PMSG模型预测直接功率控制方法

说明书

本发明公开了一种低复杂度的双三相永磁同步发电机PMSG模型预测直接功率控制方法，涉及电机控制领域，该方法将直接功率控制与模型预测控制相结合，简化了现有的控制集。首先，根据直接功率控制原理，以有功功率与其实际值的偏差为依据，排除掉一半的冗余电压矢量。然后根据各电压矢量对无功功率的影响，进一步简化了候选矢量集。最后使每个周期的预测次数从12次减少为2次，有效降低了控制方法的复杂度。此外，本发明采用虚拟电压矢量来抑制电流谐波；采用功率无差拍原则来计算虚拟电压矢量的占空比，实现了对输出功率的精确控制。本发明在保持系统简单性的同时，有效地降低电流谐波以及输出功率波动，提高了系统稳态性能。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种低复杂度的双三相PMSG模型预测直接功率控制方法。

背景技术

与传统的三相PMSG相比，双三相PMSG具有许多优点，例如更高的可靠性、更低的每相额定功率和更高的功率密度。近年来，针对双三相PMSG控制方法的研究也受到了广泛关注。但是，传统直接功率控制(Direct Power Control,DPC)的静态性能较差，矢量控制动态响应速度较慢，且需要复杂的坐标变换。因此，对控制结构简单、动态响应速度快的模型预测功率控制(Model Predictive Control,MPC)的研究具有现实意义。

DPC一直是永磁同步发电机主流控制技术之一。基于开关表的DPC采用两个滞环调节器，直接从预定义的开关表中选择期望电压矢量。它的主要优点是结构简单、动态响应快和鲁棒性强。然而，这种控制方法也存在严重的功率纹波和电流谐波。为了提高DPC的性能，一些学者提出了一些改进方法。基于空间矢量调制的DPC可以获得良好的稳态性能。然而，其参考电压矢量的计算方法较为复杂且对电机参数敏感。另一种是基于占空比调制的DPC。该方法在一个控制周期内采用两个或三个电压矢量，与传统的DPC相比，实现了更宽的调制范围。同时，也可以获得恒定的开关频率和良好的稳态性能。但是，电压矢量仍然是从预定义的开关表中选择的。对于多相电机来说，电压矢量得数目更多，这种方法无法保证最优电压矢量的选择。

另一类最流行的方法是MPC。MPC具有响应速度快、结构简单、便于处理非线性约束等优点。在传统的MPC中，定义了一个代价函数来对所有候选电压矢量进行遍历寻优。在每个控制周期内，所有电压矢量都需通过代价函数进行评估，所以其计算量较大。对此，有学者提出了级联优化的MPC方法。这种方法可以有效降低计算负担，但对于多矢量MPC来说，其计算量仍然很大，特别是在采用多相电机的情况下。截止目前，还没有文献提出一种针对双三相PMSG的简单有效的MPC控制方法。

发明内容

本发明的目的是，针对现有控制技术的不足，提出一种低复杂度的双三相PMSG模型预测直接功率控制方法，将DPC与MPC的优点相结合，能够极大降低控制算法的复杂性，减小硬件计算负担，同时有效提升系统的稳态控制效果。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种低复杂度的双三相永磁同步发电机PMSG模型预测直接功率控制方法，包括如下步骤：

(1)获取双三相PMSG的转子转速ω_e和转子位置θ_e；获取六相定子电流信号i_s^k；

(2)通过获取的转子位置θ_e对六相静止坐标系下的定子电流i_s^k进行静止坐标变换，得到两相aβ静止坐标系下的定子电流i_a^k和i_β^k；通过获取的转子转速ω_e和转子位置θ_e，以及转子磁链ψ_f计算反电势的aβ分量e_a^k和e_β^k；