[发明专利]一种永磁电机牵引系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机驱动与控制技术领域，涉及一种永磁同步电机的控制方法。

背景技术

再生制动技术是现代城市轨道交通车辆常用的一种制动方式。由于现代城市轨道交通车辆是一种大功率电气系统，其再生制动产生的电能非常可观。为了节能，车载储能装置逐渐被应用到现代城市轨道交通车辆电气牵引系统中。以超级电容为代表的车载储能装置的常用能量管理策略如下：当直流母线电压低于某一给定值(此处称为放电电压阈值)时，储能装置开始释放电能；当直流母线电压高于某一给定值(此处称为充电电压阈值)时，储能装置开始储存电能。在传统的储能装置能量管理策略中，放电电压阈值和充电电压阈值通常为固定值。作为现代城市轨道交通车辆电气牵引系统的另外一种节能方法，永磁电机以其效率高的优势正在逐渐被广泛采用。但是，当列车高速运行时，永磁同步电机需采用弱磁控制，即在绕组中加入足够大的直轴去磁电流，使永磁同步电机弱磁运行，该去磁电流将产生额外的损耗，降低了系统运行效率。除此以外，储能装置和永磁电机通常是作为两个独立的系统进行考虑。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种有效提高了永磁牵引系统的效率且更加节能的永磁电机牵引系统及其控制方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种永磁电机牵引系统，包括直流母线、超级电容储能模块、制动电阻模块、永磁电机驱动模块，其中，所述制动电阻模块用于当直流母线上的电压值大于制动电压阀值时对直流母线上的电压进行调整；所述永磁电机驱动模块由一台或者多台永磁同步电机组成且与分别相应的逆变器连接；所述超级电容储能模块主要用于存储和释放电能；所述超级电容储能模块、制动电阻模块和永磁电机驱动模块并联在直流母线上。

其中，所述制动电阻模块由功率开关器件T1和制动电阻R_BR组成，所述功率开关器件T1和制动电阻R_BR串联；所述超级电容储能模块由功率开关器件T2和T3、滤波电感L_sc和超级电容c_sc组成，功率开关器件T2的一端接在直流总线上，另一端分别与功率开关器件T3的一端和滤波电感L_sc的一端连接，功率开关器件T3的另一端分别与滤波电感L_sc的另一端和直流总线连接。

本发明还提供了一种采用上述永磁电机牵引系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：设定制动电压阈值u_{dc_brake}和充电电压阈值u_{dc_charge}，其中，制动电压阈值u_{dc_brake}大于充电电压阈值u_{dc_charge}；

步骤2：测量当前的直流母线电压u_dc，三相电流i_sa、i_sb、i_sc，转子位置角θ；

步骤3：比较直流母线电压u_dc和制动电压阈值u_{dc_brake}的大小，如果直流母线电压u_dc大于制动电压阈值u_{dc_brake}，制动电阻模块开始工作，否则，制动电阻模块不工作；

步骤4：比较直流母线电压u_dc和充电电压阈值u_{dc_charge}的大小，如果直流母线电压u_dc大于充电电压阈值u_{dc_charge}，检测超级电容储能模块电能是否充满，如果超级电容储能模块电能没有充满，则超级电容储能模块开始充电并转至步骤2，如果超级电容储能模块电能已充满，超级电容储能模块不进行充放电操作直接进行步骤2的操作；如果直流母线电压u_dc不大于充电电压阈值u_{dc_charge}，根据下式计算最小直流母线电压u_min：