[发明专利]一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法，方法包括：基于测得的三相定子电压电流和三相电源侧变换器电流，计算定子磁链和角度，并计算定子侧和电源侧变换器的有功、无功功率；根据上下直流母线电容电压差值计算故障相电流偏置量，计算电源侧变换器有功和无功功率补偿值；在基于空间矢量调制型直接功率控制策略的基础上加入电源侧变换器有功和无功功率补偿值，实现三相四开关电源侧变换器的控制；基于空间矢量调制型直接功率控制策略对三相六开关负载侧变换器进行控制。能够在双馈异步全电船舶电力传动系统中的背靠背电力电子变换器发生桥臂开路故障的情况下，提升双馈异步全电船舶电力传动系统的可靠性和控制响应速度。

技术领域

本发明属于电机及其系统技术领域，更具体地，涉及一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法。

背景技术

船舶工业的发展对全球交通运输和世界经济具有重要的影响，并且大型船舶的相关技术在军事领域也得到了相当的重视，是国家军事实力的重要体现。为了满足不断提高的船舶用电需求，基于电力推进系统的全电船舶已逐渐成为世界各大型造船厂的船舶生产标准，这也是未来船舶的发展方向。双馈异步全电船舶电力传动系统分别通过基于交流电传输线和背靠背变换器的电能传输通路进行电能输送，可根据电力电子变换器容量和船舶运行模式灵活调整交直流输电的比例。然而电力电子器件故障率高，一旦其发生故障，则可能引起全船停电的灾难性后果。

作为一种硬件结构较为简单的容错型变换器拓扑，三相四开关电力电子变换器拓扑在桥臂开路工况下的使用能够有效提升系统的容错运行能力。然而其上下母线电容电压不平衡的问题会大幅降低功率变换器的直流母线电压利用率，并且传统的基于矢量控制的变换器控制方法也不利于控制系统的快速响应。为了进一步提升双馈异步全电船舶电力传动系统的可靠性和控制响应速度，需要提供基于容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的高响应速度控制解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法，旨在提升双馈异步全电船舶电力传动系统的可靠性和控制系统响应速度。

为实现上述目的，本发明提供了一种容错型双馈异步全电船舶电力传动系统的控制方法，包括：

当三相六开关电源侧变换器中任一相发生故障时，控制故障相的输出端连接到直流侧母线中点，使得电源侧变换器的拓扑结构变为三相四开关；

将上下直流母线电容电压差值参考值与上下直流母线电容电压差值的差值，依次经低通滤波与母线电压偏置比例控制，得到所述故障相的电流直流偏置分量参考值；并根据所述故障相的电流直流偏置分量参考值，计算三相四开关电源侧变换器桥臂控制信号d、q轴分量；

将所述三相四开关电源侧变换器桥臂控制信号d、q轴分量通过坐标变换以及空间矢量调制，得到两个非故障相的桥臂开关函数，并基于所述两个非故障相的桥臂开关函数控制所述三相四开关电源侧变换器。

进一步地，对直流母线电压参考值与直流母线电压的差值进行PI调节后，与所述直流母线电压相乘得到三相四开关电源侧变换器有功功率参考值。

进一步地，所述三相四开关电源侧变换器有功功率P_ss和无功功率Q_ss表示为：

其中，v_s为三相定子电压，i_ss为三相电源侧变换器电流，θ_e为定子磁链角度，v_sd、v_sq为三相定子电压dq轴分量，i_ssd、i_ssq为三相电源侧变换器电流dq轴分量。

进一步地，所述三相四开关电源侧变换器有功功率和无功功率补偿项P_{ss_com}和Q_{ss_com}表示为：