[发明专利]一种永磁辅助同步磁阻电机的稳定性控制方法

说明书

本发明属于永磁系统的稳定性控制技术领域，涉及永磁辅助同步磁阻电机的稳定性控制方法，具体为一种永磁辅助同步磁阻电机的稳定性控制方法。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和调制变化法解决了城轨永磁辅助同步磁阻牵引系统母线振荡的技术问题，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，上述方法更加灵活性，且适用范围更广。

技术领域

本发明属于永磁系统的稳定性控制技术领域，涉及永磁辅助同步磁阻电机的稳定性控制方法，具体为一种永磁辅助同步磁阻电机的稳定性控制方法。

背景技术

在城轨地铁领域，永磁系统尤其具有高效节能的优势，近年来得到了广泛的应用。城轨永磁牵引系统多通过受电弓从直流接触网取电，稳定的直流供电电源对永磁牵引系统的稳定性，乃至城轨车辆的平稳可靠运行至关重要。

城轨永磁辅助同步磁阻电机磁阻牵引系统如图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。永磁辅助同步磁阻电机采用独立轴控的形式，一组逆变器控制一台永磁辅助同步磁阻电机，多组逆变器共用母线，图1所示牵引系统可以控制单台电机，也可以控制多台电机。图1所示的牵引控制单元(Traction Control Unit,TCU)是控制城轨牵引系统的核心装置，其从列车获得电机的转矩指令，通过采集母线电压、电机电流和转子位置等信息，控制永磁牵引系统正常运行。图中为T_e^*电机转矩指令，i为电机电流，θ为电机转子位置。为了方便分析，永磁辅助同步磁阻电机牵引传动系统的等效电路模型可表示为图2的形式，其中Z_m是逆变器加电机的等效阻抗。由理论分析可知，逆变器输入功率达到临界功率值Ru_dc²/LC时，系统易不稳定。且理论分析表明，城轨系统直流侧的稳定性与系统的硬件参数和运行条件有关。硬件参数中，L越小、C越大，R越大系统越容易稳定。现有技术中，为了保证城轨系统直流侧的稳定性，也通常采用改变硬件参数的方法来避免谐振的，例如增大电容C来降低谐振的风险。但是这种技术方案一方面不够灵活，另一方面还会增加硬件的成本。因为增大C会增加系统的成本和变流器的重量，若采用降低L的值，则会增大直流母线的纹波。

实际中受车辆空间和重量的要求，目前牵引系统中直流侧的滤波电感和支撑电容的选型往往无法满足城轨牵引系统在各种工况下稳定运行的需要。在特定工况下，牵引变流器呈负阻抗特性，容易引起直流侧母线电压的LC谐振，进而影响永磁同步电机的正常运行，造成较大的转矩脉动，严重时会造成变流器的过流过压故障，影响到城轨车辆的正常运行。

因此，为了更好的解决城轨永磁辅助同步磁阻牵引系统母线振荡的问题，增强解决方式的灵活性和适用范围，减少硬件成本，需要结合控制对象的数学模型，在控制策略中加以解决。

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为电机给定转矩，n_p为电机极对数。