[发明专利]NPC三电平变流器-PMSM系统的模型预测转矩控制方法

权利要求书

1.一种NPC三电平变流器-PMSM系统模型预测转矩控制方法，其特征在于：针对NPC三电平变流器-PMSM系统，控制方法包括以下步骤：

1)依据变流器直流支撑电容的电容值、单位时间内变流器开关动作次数的参数计算偏移阈值，根据偏移阈值将变流器中两个直流支撑电容的中点电压偏移分为两类区域：

若中点电压偏移小于等于偏移阈值，则中点电压偏移归属于第I区域；

若中点电压偏移大于偏移阈值，则中点电压偏移归属于第II区域；

2)针对第II区域的中点电压偏移，每个采样周期内根据当前中点电压偏移计算变流器的中小矢量的实际幅值与相位，进行扇区动态划分；

3)依据步骤1)中不同区域的控制目标，构建模型预测转矩控制中控制变量的价值函数与由变流器的所有待筛选电压矢量组成的有限控制集，将有限控制集代入价值函数中进行计算得到最小价值函数对应的电压矢量为最优电压矢量，以最优电压矢量作为NPC三电平变流器的输出；

4)根据NPC三电平变流器中各功率开关管状态与每相输出状态之间的关联关系，在最优电压矢量对应的控制时间上加入死区时间，进而输出各个功率开关管的PWM信号到永磁同步电机，实现抑制中点电压偏移的PMSM系统模型预测转矩控制控制；

所述的步骤2)中，针对第II区域的中点电压偏移，根据当前采样周期内的中点电压偏移值计算变流器电压矢量中的中矢量与小矢量的实际幅值与相角，其中中矢量的幅值为小矢量的幅值为V_dc/3，V_dc表示NPC三电平变流器-PMSM系统中整流桥输出的整流电压；然后进行扇区动态划分，具体是根据变流器的各个电压矢量绘制空间矢量平面，以空间矢量平面中的中矢量与空间矢量平面的大矢量为扇区间的分界线，将空间矢量平面划分为12个区间不等的扇区；且在上述当前采样周期内，采用以下公式在α-β坐标系下实时更新各个电压矢量：

式中，v_α与v_β分别表示单位采样周期内电压矢量在α-β坐标系下的幅值与相角实际值；v_c1与v_c2分别表示变流器中上直流支撑电容和下直流支撑电容的端电压，上直流支撑电容为连接到整流电压V_dc正极的直流支撑电容，下直流支撑电容为连接到整流电压V_dc负极的直流支撑电容，v_c1-v_c2为中点电压偏移；S_k1，S_k2，S_k3，S_k4表示变流器第k相的四个功率开关管的开通和关断状态，k∈{A，B，C}；

所述的步骤3)中，在第I区域内，控制目标为减小转矩、磁链波动，并考虑减小中点电压偏移，则由所有电压矢量组成有限控制集；在第II区域内，控制目标为减小中点电压偏移，并考虑减小转矩、磁链波动，则仅由小矢量与中矢量组成有限控制集。

2.根据权利要求1所述的一种NPC三电平变流器-PMSM系统模型预测转矩控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，依据变流器中直流支撑电容的电容值、单位时间内变流器功率开关管的开通关断次数的参数计算阈值，具体为：

式中，v_O为变流器中两个直流支撑电容之间的中点电压；C表示变流器中直流支撑电容的电容值；T_s为采样周期；i_x表示实际负载转矩下相等的任意两相电流值。

3.根据权利要求1所述的一种NPC三电平变流器-PMSM系统模型预测转矩控制方法，其特征在于：所述的NPC三电平变流器-PMSM系统包括电压源、整流桥、NPC三电平变流器和永磁同步电机；整流桥是由三组二极管组并联构成，每组二极管组是由两个二极管串联构成，三组二极管组的两个二极管之间的连接到电压源；三组二极管组并联输出整流电压V_dc；NPC三电平变流器包括分别代表三相控制的三组功率开关管组和两个直流支撑电容C，两个直流支撑电容C串联后并联于三组功率开关管组，每组功率开关管组是由四个功率开关管与两个箝位二极管构成，四个功率开关管依次串联后，在第一个功率开关管和第二个功率开关管之间引出端以及第三个功率开关管和第四个功率开关管之间引出端的两者之间串联两个箝位二极管，三组功率开关管组的第二个功率开关管之间和第三个功率开关管之间引出端A、B、C分别连接到永磁同步电机的三相控制端，三组功率开关管组的两个箝位二极管之间引出端均连接到两个直流支撑电容C之间中性点O。