[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：(1)钳住故障绕组星形结点的电位；(2)构造基本电压矢量；(3)构造辅助电压非零矢量；(4)构造辅助电压零矢量；(5)计算有用基本电压矢量的作用时间；(6)设计有用基本电压矢量的最优次序。本发明的优点在于：能使定子磁链保持圆形轨迹，能抑制定子谐波电压，从而减小转矩脉动和转速脉动，同时能充分利用直流母线电压，且硬件上容易实现，可用于高可靠性的多相发电系统、多相励磁系统、多相驱动系统。

技术领域

本发明涉及电力电子与电力传动领域，尤其涉及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。

背景技术

在新能源发电、特种电力驱动、精密伺服控制等场合，对电机系统的可靠性要求很高。研究与实践表明，在复杂多变的工况下，电机系统70％以上的故障会最终表现为缺相故障。在定子缺相故障状态下，三相电机的气隙磁链严重畸变，电流急剧增加，转矩急剧减小且脉动增大，导致电机无法运行；而多相电机的气隙磁链畸变较小，虽然电流也会增加，转矩也会减小且脉动增大，但是可以在降载情况下继续运行。因此与三相电机相比，多相电机的一个重大优势是“具有容错运行能力”。

在定子缺相故障下，多相电机如果仍然采用正常状态下的控制方法，则气隙磁链不再是圆形，虽然可以在降载情况下继续运行，但运行性能变差，如转矩和转速的脉动增大等。由于多相电机比三相电机具有更多的相数，在电机控制上具备了更多的自由度和更大的灵活性，因此在定子缺一相甚至缺多相故障时，可以采用适当的容错控制方法，维持气隙磁链的圆形轨迹，使输出的转矩尽量平滑，保证系统继续稳定可靠地运行。

在正常状态下，多相电机控制一般采用电压空间矢量脉宽调制(SVPWM，SpaceVector PWM)，因为SVPWM的控制目标是圆形磁链，比起圆形磁动势前进了一步。然而在定子缺相故障状态下，故障相绕组的电流为零，电压却并不为零，因为尚存在感应电压，该电压不能直接控制。故障相绕组所在的星形绕组的星形结点的电位，其变化规律难以确定。因此定子缺相故障状态下能保持圆形磁链的SVPWM实现起来很困难。目前提出的很多容错控制方法不再采用SVPWM，而是采用电流滞环脉宽调制(CHBPWM，Current Hysteresis BandPWM)。虽然CHBPWM具有精度高、响应快、易于实现等优点，但是受功率开关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率，在其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用。此外，CHBPWM的控制目标是圆形磁动势，而不是圆形磁链。

为此申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的方案便是这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供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，该方法能使定子磁链保持圆形轨迹，能抑制定子谐波电压，从而减小转矩脉动和转速脉动，同时能充分利用直流母线电压，且硬件上容易实现。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

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)利用优化模型构造辅助电压非零矢量步骤；

4)利用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。