[发明专利]一种电机系统的电能质量优化方法

说明书

本发明公开了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，该优化方法根据五相直接矩阵变换器调制矩阵一般化表达式及其约束条件，实现了约束下五相直接矩阵变换器输入无功功率最大化。由此，本发明算法填补了五相矩阵变换器扩展输入无功功率范围算法的空白，提高了五相矩阵变换器‑永磁同步电机系统的输入无功功率控制范围。

技术领域

本发明涉及矩阵变换器调制算法领域，尤指一种五相直接矩阵变换器-永磁同步电机系统扩展输入无功范围的调制算法。

背景技术

近年来，矩阵变换器-永磁同步电机(MC-PMSM)系统受到的关注日益密切。相比传统交-直-交变流器，该系统可改善输入侧电压电流质量、具有能量回馈能力和较高的功率密度。除此之外，该系统一个非常重要的优势就是能够在一定范围内控制输入功率因数。通过调节输入无功功率，不仅可以实现系统单位功率因数运行，甚至还可以向电网提供无功功率以支撑电网电压，提升电网电能质量。相比传统三相电机，五相电机具有更高的功率密度、更低的转矩波动和更好的容错性，因此，通过扩展五相MC-PMSM系统的无功功率控制范围，可以更好地发挥该系统在上述场合中的应用。

如图1所示，五相MC-PMSM系统包括输入滤波器10、五相直接矩阵变换器20、五相永磁同步电机30。其中，输入滤波器10设置在五相直接矩阵变换器20的输入侧，为五相直接矩阵变换器20提供稳定的输入电压。五相永磁同步电机30设置在五相直接矩阵变换器20的输出侧，采用矢量控制，给五相直接矩阵变换器20提供所需合成的输出参考电压矢量，五相直接矩阵变换器20由5*3个双向开关组成，可通过开关管的导通与关断，将任意频率的输入电压合成一定范围内任意幅值、频率的输出电压。

目前对五相矩阵变换器无功控制的研究较少，多相矩阵变换器调制策略一般为传统空间矢量调制，或标量调制法，二者均受到各自算法的约束限制，该约束并非是五相矩阵变换器本身固有的约束，因此这些调制方法对应的最大无功功率与理论最大值仍有差距。而在三相矩阵变换器中主要有两种技术可以提高输入无功功率范围。

李幸等人在标题为矩阵变换器的无功特性及控制研究(中南大学.2014)的博士毕业论文中，基于数学构造思想，构造了一种含负载电流相位信息的无功调制矩阵，达到减弱输入无功功率对负载功率因数依赖的目的，但并未取到最大的输入无功范围；HosseinHojabri等人在标题为A Generalized Technique of Modeling,Analysis,and Controlof a Matrix Converter Using SVD(IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.58,no.3,pp.949–959,Mar.2011)的文献中，采用矩阵奇异值分解方法，结合矩阵变换器调制矩阵的物理含义，求解使无功功率最大的输入输出坐标系统及坐标系统之间的变换系数，尽管取到了最大的输入无功范围，但与前文一样，研究局限在三相输出。

尽管前人对扩展MC-PMSM系统的输入无功功率范围已经做了大量研究，但是都基于三相输入三相输出，对三相输入五相输出的MC-PMSM系统研究甚少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种五相直接矩阵变换器-永磁同步电机一体化系统的电能质量优化方法，能够填补五相直接矩阵变换器-永磁同步电机最大化输入无功功率调制算法的空白，提高五相MC-PMSM系统的输入无功控制范围。

根据本发明的目的提出的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，包括