[发明专利]六相永磁同步发电机占空比合成矢量低复杂度模型预测直接功率控制方法

说明书

本发明公开了一种六相永磁同步发电机占空比合成矢量低复杂度模型预测直接功率控制方法，属于电机控制领域。先通过对六相PWM整流器最大和中大电压矢量进行重构，获得十二个合成矢量。然后选择d‑q坐标系下的复功率的负共轭作为控制变量，只需要进行一步预测就能获得最佳合成矢量，然后采用有功、无功功率误差最小的原则来确定其电压矢量作用时间。最后将其转换为开关状态作用于PWM整流器。本发明能够有效降低发电机定子谐波电流，同时通过一步预测有效减少了模型预测算法的计算时间，实现了有功功率和无功功率的动态解耦，使PMSG‑PWM整流系统可以运行在高功率因数状态，实现了六相永磁同步发电机的高性能控制。

技术领域

本发明涉及电机控制技术，具体涉及一种占空比合成矢量低复杂度模型预测直接功率控制的六相永磁同步发电机控制方法。

背景技术

与三相电机相比，多相电机因其输出功率大、转矩脉动小、容错性能好等诸多优点，在电动汽车、风力发电、航空航天、船舶推进等领域受到关注。其中，双三相永磁同步电机结合了永磁电机与多相电机的优势，是目前多相电机领域研究的热点。将双三相电机与PWM变流器相结合的永磁同步发电系统可以改善单机容量受变流器限制的情况，进一步拓宽了多相电机的应用。但是双三相电机是一个非线性、强耦合的系统，且PWM变流器开关状态较多，需要对其进行空间矢量解耦，然后分析不同电压矢量对发电机控制的影响，从而减少发电机的定子电流谐波，降低功率脉动。

模型预测控制凭借其优越的控制性能逐渐成为国内外学者研究的热点。根据空间矢量解耦原理，对于双三相电机，需要同时对基波子平面和谐波子平面进行控制，在保证系统控制性能的同时减小谐波电流造成的损耗。将模型预测引入双三相发电系统可以减少PI调节器的数量，同时减小控制器参数整定的复杂度。在双三相发电系统中采用模型预测直接功率控制，可以有效降低发电机定子电流谐波，并使PWM整流系统运行于高功率因数状态，在保证系统运行稳定性的情况下有效拓宽PWM整流器的容量。

在每个采样周期内，模型预测直接功率控制需要预测每一种开关状态或者开关序列作用下的有功功率和无功功率的值，然后通过价值函数优化来选择出最优的开关状态或者开关序列，因此导致计算量较大。尤其在多电平逆变器、多相电机、扩展电压矢量集以及多步模型预测等情况下，计算量大这一问题尤为明显。

发明内容

本发明针对双三相发电系统模型预测直接功率控制谐波电流大、计算量大的问题，提出了一种六相永磁同步发电机占空比合成矢量低复杂度模型预测直接功率控制策略，不仅减少了算法的计算量，而且减小了电流谐波和功率脉动，实现了有功功率和无功功率的快速控制，使双三相永磁同步发电系统运行于高功率因数状态。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种六相永磁同步发电机占空比合成矢量低复杂度模型预测直接功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过控制器A/D采样获得永磁同步发电机的定子电压e_a，e_b，e_c，e_x，e_y，e_z和电流i_a，i_b，i_c，i_x，i_y，i_z，经过Clark坐标变换，变换到两相静止坐标系下，以获得该坐标系下电机电压e_α和e_β和电流i_α,i_β，然后求取k时刻的有功功率P^k和无功功率Q^k；

步骤2：电压外环控制器由比例积分控制器构成，生成q轴电流参考值，乘以外环电压，得到有功功率参考值；

步骤3：对发电系统进行空间矢量解耦，然后根据基波子平面和谐波子平面矢量对应关系，得到十二个合成矢量，并对合成矢量重新划分扇区；