[发明专利]一种电机系统的电能质量优化方法

权利要求书

1.一种电机系统的电能质量优化方法，所述电机系统为五相直接矩阵变换器-永磁同步电机一体化系统，包括输入滤波器、五相直接矩阵变换器和五相永磁同步电机，所述输入滤波器设置在所述五相直接矩阵变换器的输入侧，并向该五相直接矩阵变换器提供输入电压和输入电流，所述五相永磁同步电机设置在所述五相直接矩阵变换器的输出侧，并向该五相直接矩阵变换器提供参考输出电压和参考输出电流，其特征在于：包括

S1、根据所述五相直接矩阵变换器输入侧、输出侧电压矢量的要求，经过坐标变换，计算出两相静止坐标系下含有自由变量的调制矩阵表达式，经过坐标反变换计算出三相-五相静止坐标系下的调制矩阵表达式，并叠加共模分量，得到所述五相直接矩阵变换器的调制矩阵一般化表达式；其中

所述五相直接矩阵变换器的调制矩阵一般化表达式为：

m_ij表示开关s_ij对应的导通占空比，i＝1,2,3,4,5；j＝1,2,3，表示调制矩阵的共模分量，M′_abcde是矩阵变换器变频变幅的核心，该M′_abcde中的每个元素为：

该式中：

其中：U_im表示输入相电压幅值，U_om表示输出相电压幅值，m_II为所述自由变量，θ_iu、θ_ii、θ_ou、θ_oi分别为输入电压、输入电流、输出电压、输出电流合成矢量的初始相位角，为负载功率因数角，δ为输入功率因数角；

该为：

该式中：

S2、根据矩阵变换器安全运行原则，即输入侧不短路，输出侧不断路，各开关占空比均大于零小于一的约束，推导出所述五相直接矩阵变换器的一般化表达式中自由变量的取值范围；

S3、通过推导自由变量与输入无功功率之间的函数关系，结合自由变量的取值范围，计算出所述五相直接矩阵变换器输入无功功率最大的自由变量取值；

S4、将所述五相直接矩阵变换器输入无功功率最大的自由变量取值代入所述一般化表达式中，求得所述五相直接矩阵变换器中各开关对应的占空比，以所述占空比对所述五相直接矩阵变换器中各开关的导通时间进行分配，获得该五相直接矩阵变换器-永磁同步电机一体化系统的最大无功功率。

2.如权利要求1所述的电机系统的电能质量优化方法，其特征在于：所述五相永磁同步电机的矢量控制，采用转速外环、电流内环的双闭环PI控制方法，分别对d、q轴电流进行控制，结合坐标变换给所述五相直接矩阵变换器提供给定转速下所需要的参考输出电压矢量。

3.如权利要求2所述的电机系统的电能质量优化方法，其特征在于：所述步骤S1中，输入侧、输出侧的电压矢量通过如下步骤获取：

S11、根据所述五相永磁同步电机的转速外环获得q轴电流参考值，d轴电流采用id＝0控制；

S12、对所述五相永磁同步电机的五相电流通过电流采样及坐标变换，获得d、q轴电流实际值；

S13、电流内环电流调节器对d、q轴电流差值进行PI调节，并经过坐标变换获得输出侧的电压矢量；

S15、对所述五相直接矩阵变换器的输入侧进行电压采样，获取输入侧电压矢量。