[发明专利]用于多相电机定子缺相故障的电压空间矢量脉宽调制方法

权利要求书

1.一种用于多相电机定子缺相故障的电压空间矢量脉宽调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钳住故障绕组星形结点的电位步骤；

2)利用缺相坐标变换矩阵构造基本电压矢量步骤；

3)利用第一优化模型构造辅助电压非零矢量步骤；

4)利用第二优化模型构造辅助电压零矢量步骤；

5)利用辅助电压非零矢量、辅助电压零矢量的作用时间，计算有用基本电压矢量的作用时间步骤；

6)利用最优性原理，设计有用基本电压矢量的最优次序步骤；

其中：

在所述步骤2)中，所述缺相坐标变换矩阵构造基本电压矢量步骤的具体方法是：当多相电机的定子有x相绕组，其中有p相绕组出现缺相故障，则剩余有x-p相健康绕组，在变流器作用下，剩余x-p相健康绕组的电压状态有r种情形，每一种情形对应一个列矩阵，r种情形对应r个列矩阵，根据电流约束关系、磁动势相等和功率相等原则，构造出多相电机定子缺相故障下的坐标变换矩阵；将所述r个列矩阵通过坐标变换矩阵，映射到机电能量转换子平面、非机电能量转换子空间，得到r个基本电压矢量；

在所述步骤3)中，所述利用第一优化模型构造辅助电压非零矢量步骤的方法是对于r个基本电压矢量，按构造辅助电压非零矢量优化模型构造出Z级辅助电压非零矢量；

所述构造辅助电压非零矢量的优化模型如下：

机电能量转换子平面

非机电能量转换子空间

其中，max部分是优化模型的目标函数，s.t.部分是优化模型的约束条件；

所述构造辅助电压非零矢量优化模型中：V_h是r个基本电压矢量中的第h个基本电压矢量，h是基本电压矢量编号；T_h是第h个基本电压矢量的作用时间，是优化变量；表示r个基本电压矢量的合成结果的长度；表示r个基本电压矢量的作用时间之和；T′是非零矢量作用周期，是比开关周期更小的时间段；λ是反映非机电能量转换子空间电压大小的参变量，λ越小，则非机电能量转换子空间的电压越小，λ最小值为零；

所述构造辅助电压非零矢量优化模型的目标函数是，在机电能量转换子平面，r个基本电压矢量的合成结果的长度为最大，以提高直流母线电压利用率；所述构造辅助电压非零矢量优化模型的约束条件有三个；第一个约束条件是，r个基本电压矢量的每个作用时间为非负值；第二个约束条件是，r个基本电压矢量的作用时间之和等于非零矢量作用周期，所述非零矢量作用周期是比开关周期更小的时间段；第三个约束条件是，在非机电能量转换子空间，r个基本电压矢量的合成结果的长度等于λ，所述λ是反映非机电能量转换子空间的电压大小的参变量，λ越小，则非机电能量转换子空间的电压越小，λ最小值为零；

当λ有z个值，即λ＝λ₀，λ₁，λ₂，…，λ_z-1，则可构造出z级辅助电压非零矢量，依次称作第λ0级辅助电压非零矢量，第λ₁级辅助电压非零矢量，第λ₂级辅助电压非零矢量，…，第λ_z-1级辅助电压非零矢量；

在所述步骤4)中，所述利用第二优化模型构造辅助电压零矢量步骤的方法是对于第z级辅助电压非零矢量，按构造辅助电压零矢量优化模型构造出第z级辅助电压零矢量；

所述构造辅助电压零矢量优化模型分为构造辅助电压零矢量机电能量转换子平面优化模型和构造辅助电压零矢量非机电能量转换子空间优化模型；

所述构造辅助电压零矢量的优化模型如下：

非机电能量转换子空间

机电能量转换子平面

其中，min部分是优化模型的目标函数，s.t.部分是优化模型的约束条件；

所述构造辅助电压零矢量优化模型中：V_k是第z级辅助电压非零矢量所包含的基本电压矢量中的第k个基本电压矢量，k是基本电压矢量编号；T_k是第k个基本电压矢量的作用时间，是优化变量；表示第z级辅助电压非零矢量的合成结果的长度；表示第z级辅助电压非零矢量的作用时间之和；T₀′是零矢量作用周期，是比开关周期更小的时间段；

所述构造辅助电压零矢量优化模型的目标函数是，在非机电能量转换子空间，第z级辅助电压非零矢量的合成结果的长度为最小，以减小定子谐波电压；所述构造辅助电压零矢量优化模型的约束条件有三个：第一个约束条件是，第z级辅助电压非零矢量的每个作用时间为非负值；第二个约束条件是，第z级辅助电压非零矢量的作用时间之和等于零矢量作用周期，所述零矢量作用周期是比开关周期更小的时间段；第三个约束条件是，在机电能量转换子平面，z级辅助电压非零矢量的合成结果的长度等于0；

针对Z级辅助电压非零矢量构造出Z级辅助电压零矢量，依次称作第λ₀级辅助电压零矢量，第λ₁级辅助电压零矢量，第λ₂级辅助电压零矢量，…，第λ_z-1级辅助电压零矢量；

在所述步骤5)中，所述利用辅助电压非零矢量、辅助电压零矢量的作用时间，计算有用基本电压矢量的作用时间步骤的方法是将所述辅助电压非零矢量和辅助电压零矢量离线保存，在线应用时，根据谐波电压性能要求即不同的λ值，从中选出若干级辅助电压非零矢量和辅助电压零矢量，用来实时合成期望电压矢量；在合成过程中，只须考虑机电能量转换子平面的合成情况，无须考虑非机电能量转换子空间的合成情况；

针对Z级辅助电压非零矢量和Z级辅助电压零矢量，形成Z级合成方案，依次称作第λ₀级合成方案，第λ₁级合成方案，第λ₂级合成方案，…，第λ_z-1级合成方案；根据需要选择不同的合成方案；对于任意一个合成方案，首先得到每个开关周期内起作用的那些辅助电压非零矢量和辅助电压零矢量的作用时间，然后再将起作用的每个辅助电压非零矢量和辅助电压零矢量的作用时间分配给起作用的那些基本电压矢量，即有用基本电压矢量，最终得到每个开关周期内有用基本电压矢量的作用时间；

在所述步骤6)中，所述利用最优性原理，设计有用基本电压矢量的最优次序步骤的方法是对于任意一个合成方案，为减小变流器开关损耗，每个开关周期内有用基本电压矢量的最优次序遵循“开关次数最少”原则，采用最优性原理来排序，具体如下：

第一步，构造集合G＝{G_j︱j为正整数}，集合G有j个元素，即在每个开关周期内有用的j个基本电压矢量；

第二步，从集合G中任选一个元素作为首发矢量；从集合G中去掉首发矢量，剩j-1个元素；

第三步，将首发矢量与集合G中每个元素进行排列，共有j-1个排列，从中选出开关次数最少的l个排列；从集合G中去掉这l个元素，剩j-1-l个元素；

第四步，将这l个排列与集合G中每个元素进行排列，共有l·(j-1-l)个排列，从中选出开关次数最少的w个排列；从集合G中去掉这w个元素，剩j-1-l-w个元素；

第五步，按第四步类推，当集合G为空集时排序结束。