[发明专利]一种基于飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制方法

权利要求书

1.一种基于飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建被控系统：被控系统由永磁电机与两套逆变器组成，包括主逆变器与电容逆变器；

2)采集位置传感器信息，获得永磁电机速度和位置；采集电流传感器信息，获得永磁电机各相电流，进行坐标变换后，计算获得永磁电机dq轴电流，并通过q轴电流调节器得到q轴参考电压，d轴电流参考值由弱磁模块得到；

3)采集电容逆变器中电容器组的电压，与电容电压参考值u_cap^*比较，将差值送入电容PI控制器，得到电容电压充电参考值u_cpi；

4)采用电流反馈解耦方式来减弱dq轴电流的耦合，并利用功率解耦理论对永磁电机运行所需功率进行解耦，通过单位功率因数模块重新分配有功功率与无功功率，结合电容电压充电参考值u_cpi分别计算获得两套逆变器的参考电压矢量；

5)将计算获得的两套逆变器的参考电压矢量，利用SVPWM技术，获得两套逆变器各个功率器件的占空比，将正确电压作用在永磁电机上，实现飞跨电容的永磁电机单位功率因数弱磁控制；

步骤2)中，d轴电流参考值由弱磁模块得到的具体实现过程为：

首先该被控系统拓扑中，由于两套逆变器母线彼此电隔离，共模电压没有闭合回路，因此不会产生损坏功率器件与永磁电机的零序电流，开绕组拓扑下永磁电机所获得的电压矢量为：

u_s＝u_INV1-u_INV2

其中，u_s为永磁电机获得的电压矢量，u_INV1为主逆变器的电压矢量，u_INV2为电容逆变器的电压矢量；

两套逆变器共同产生的矢量分布共有64个电压矢量，因此相比于单逆变器拓扑，矢量选择自由度更高；

对于表贴式永磁电机i_d＝0控制等价于最大转矩电流比控制，永磁电机弱磁控制是通过产生负向的d轴电流，来削弱d轴的磁链以此来实现弱磁扩速，计算弱磁控制所需要的d轴电流，dq轴磁链的表达式如下：

其中，ψ_d为d轴磁链，ψ_q为q轴磁链，L_d为d轴电感，i_d为测得的d轴电流，ψ_f为永磁磁链，L_q为q轴电感，i_q为测得的q轴电流；

在飞跨电容拓扑的弱磁控制中，为了使永磁电机不超出调制区用电源电压u_dc作为是否进入弱磁控制的基准，作为永磁电机端电压的最大值，在稳态忽略永磁电机定子电阻压降并不考虑dq轴耦合的条件下dq轴电压表达式如下：

其中，u_d为d轴电压，u_q为q轴电压，w_e为电角速度，计算出被控系统合成参考电压幅值为：

进一步得到有功电压和无功电压与电角速度之间的关系：

其中，u_active为永磁电机所需的有功电压，u_reactive为永磁电机所需的无功电压，为功率因数角，i_d^*为d轴弱磁电流给定值；

通过控制i_d^*的负向增加,实现永磁电机的弱磁运行,同时考虑到永磁电机功率因数较低，在同一速度下需要的无功电压大于有功电压，因此采用电容PI控制器将电容电压幅值维持在高于电源电压幅值上，同时，在不弱磁的情况下，速度的提升，需要的无功电压与有功电压同时增加；

当大于等于的值时不进入弱磁控制，此时i_d^*的值为零，当小于的值时进入弱磁控制，此时i_d^*的值为负值，永磁电机运行所需要的d轴弱磁电流给定值i_d^*由与的差值经过比例积分控制器产生，其中，u_MId’为考虑电容电压控制后最终主逆变器的d轴参考电压，u_MIq’为考虑电容电压控制后最终主逆变器的q轴参考电压；

步骤4)的具体过程为：

为了减轻比例积分控制器负担，同时减弱dq轴的耦合，具体计算方法如下：

其中，u_do为电流反馈解耦模块产生的d轴电压，u_qo为电流反馈解耦模块产生的q轴电压，w_e为电角速度，L_d,L_q为dq轴电感，i_d，i_q为测得的dq轴电流，ψ_f为永磁磁链；

dq轴电流调节器产生的dq轴电压为u_d’，u_q’，送入功率解耦模块的电压为u_d，u_q，其计算方法如下：

将所需功率解耦，提出功率解耦分配策略具体过程如下：

由于两套逆变器母线隔离，不存在零序电流问题，根据功率解耦理论求出有功电压u_active与无功电压u_reactive：

其中，u_active为永磁电机所需的有功电压，u_reactive为永磁电机所需的无功电压，为功率因数角；

将永磁电机所需的有功电压u_active进行分解，主逆变器的参考电压矢量计算方法如下：

其中，u_MId为主逆变器d轴参考电压，u_MIq为主逆变器q轴参考电压,为电流矢量与α轴之间的夹角；

步骤5)中的两套逆变器的参考电压矢量的具体实现过程为：

通过步骤3)中计算得到的电容逆变器中电容器组的电压的实测值u_cap与电容逆变器中电容器组的电容电压参考值u_cap^*比较，并将电容逆变器中电容器组的电压比较误差经过电容PI控制器后，得到电容电压充电参考值u_cpi，根据功率流动理论，电容电压充电参考值u_cpi应通过主逆变器充入电容器组，因此得出考虑电容电压控制后主逆变器的参考电压矢量计算方法：

其中，u_MId’为考虑电容电压控制后最终主逆变器的d轴参考电压，u_MIq’为考虑电容电压控制后最终主逆变器的q轴参考电压；

结合开绕组电压矢量计算公式，求出电容逆变器的参考电压矢量：

其中，u_CId考虑电容电压控制后电容逆变器的d轴参考电压，u_CIq考虑电容电压控制后电容逆变器的q轴参考电压。