[发明专利]一种永磁辅助同步磁阻电机振荡抑制的控制方法

说明书

本发明涉及城轨永磁牵引传动系统中电机振荡抑制方法，具体振荡抑制中的主动阻尼补偿方法，具体为一种永磁辅助同步磁阻电机振荡抑制的控制方法，解决了背景技术中的技术问题。本发明是在永磁辅助同步磁阻电机原有矢量控制方法的基础上再通过电压q轴主动阻尼补偿法、电压d轴主动阻尼补偿法、电流q轴主动阻尼补偿法、电流d轴主动阻尼补偿法、转矩主动阻尼补偿法以及调制变化法解决了城轨永磁牵引系统阻抗不匹配引起的直流侧振荡的技术问题，提升了在原有矢量控制方法控制下城轨永磁牵引系统的稳定性，而且在实现系统稳定性的同时，不增加系统的硬件成本。

技术领域

本发明涉及城轨永磁牵引传动系统中电机振荡抑制方法，具体振荡抑制中的主动阻尼补偿方法，具体为一种永磁辅助同步磁阻电机振荡抑制的控制方法。

背景技术

城轨永磁牵引传动系统多采用直流牵引网供电，当系统的牵引功率增大至一定程度时，其直流侧电压会出现持续振荡，进而导致直流侧电流及电机的输出转矩均发生振荡，影响车辆运行的稳定性和舒适度，严重时会导致变流器发生过压和过流故障，触发TCU封锁脉冲，使城轨车辆丧失牵引力。

该不稳定现象是由直流侧LC滤波环节输出阻抗与逆变器-电机系统输入阻抗不匹配造成的，可以通过改变逆变器直流侧输出阻抗和逆变器-电机系统输入阻抗两个方面进行抑制，分别被称为被动阻尼补偿与主动阻尼补偿。在工程上，常采用在直流侧串入电阻、加大支撑电容等被动阻尼补偿方式，但串入电阻会增加功率损耗，降低系统效率，而增大支撑电容则又会受到变流器重量和空间的限制。

对城规永磁辅助同步磁阻牵引系统振荡机理进行分析，假设永磁牵引系统的控制器带宽无限大，逆变器为连续能量转换系统，牵引电机的输出转矩能完美跟随指令值，则逆变器-电机系统可视为理想的恒功率负载，该系统简化后的恒功率负载模型如图1所示，图1中网侧电压E_w为车辆牵引逆变器供电，R表示为线路电阻和电感电阻的和，L是滤波电感，C是支撑电容，u_dc是输入到逆变器侧的直流母线电压，Z_m是逆变器加电机的等效阻抗。

在图1所示理想的恒功率负载模型中，逆变器-电机系统呈现负阻抗特性Y，变流器直流侧前端阻尼系数以及传动系统整体阻尼系数为：

系统稳定的基本条件是系统阻尼系数为正，从而确定理想模型下的系统稳定判据为

其中P₀、u_dc分别是稳态输出功率与输入到逆变器侧的直流母线电压。由上式不稳定判据可知，随着永磁牵引系统功率的增大，系统逐渐失稳，这和试验时出现的现象是一致的，可以确定逆变器直流侧参数的取值和逆变器-电机系统呈现的负阻抗特性是该类不稳定现象的根本原因。本发明就是通过主动阻尼补偿方式对永磁牵引系统阻抗不匹配问题进行研究。

永磁辅助同步磁阻电机在d-q坐标系下的电压方程可表示为：

式中u_d、u_q为d、q轴定子电压，R_s是定子电阻，ω_r是电机转子电角速度，L_d、L_q分别是电机d轴、q轴电感，i_d、i_q为d、q轴定子电流，ψ_f是永磁体磁链；

永磁辅助同步磁阻电机的电磁转矩方程可表示为：T_e＝n_p[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q]，式中：T_e为电机电磁转矩，n_p为电机极对数。