[发明专利]一种双三相永磁同步发电机双子空间占空比模型预测电流控制方法

权利要求书

1.一种双三相永磁同步发电机双子空间占空比模型预测电流控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：推导双三相永磁同步发电机PMSG旋转坐标系下的数学模型和离散化预测控制模型；

步骤2：构建基波子空间和谐波子空间的虚拟电压矢量控制集和价值函数；

步骤3：结合简化寻优策略，通过最小化价值函数选出基波子空间最优电压矢量和谐波子空间最优电压矢量；

步骤4：根据电流无差拍的原则计算两个子空间的最优电压矢量的作用时间；

步骤5：根据对应于两个子空间的最优电压矢量及其作用时间，将对两个子空间的控制合并到一个控制周期，重组开关序列并作用于整流器。

2.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步发电机双子空间占空比模型预测电流控制方法，其特征在于，双三相永磁同步发电机PMSG旋转坐标系下的数学模型和离散化预测控制模型推导过程如下：

双三相PMSG在d-q坐标系和x-y坐标系的电压方程为：

式中：u_d、u_q、u_x、u_y分别为d、q、x、y轴电压；i_d、i_q、i_x、i_y分别为d、q、x、y轴电流；R_s为定子电阻；ω_e为电角速度；L_d、L_q分别为d、q轴电感，且L_d＝L_q；L₀为定子自漏感；Ψ_f为永磁体磁链幅值；

为计算下一个采样时刻的电流预测值，采用前向欧拉近似法得到电机的离散状态方程：

式中：i_d(k+1)、i_q(k+1)、i_x(k+1)、i_y(k+1)分别为下一个采样时刻d、q、x、y轴电流预测值；i_d(k)、i_q(k)、i_x(k)、i_y(k)分别为当前时刻d、q、x、y轴电流采样值；T_s为采样周期；u_d(k)、u_q(k)、u_x(k)、u_y(k)为当前d、q、x、y轴电压。

3.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步发电机双子空间占空比模型预测电流控制方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：

虚拟电压矢量的构造基于幅秒平衡的原理，假如为基波子空间，在一个控制周期内按一定比例结合基波子空间最外层和次外层电压矢量合成新的矢量，使该矢量在谐波子空间映射幅值为零，虚拟电压矢量的构造如下：

式中：|vv_αβ|、|vv_xy|分别为合成电压矢量在基波子空间和谐波子空间的幅值；t_L、t_SL分别为基波子空间最外层和次外层电压矢量在一个控制周期内的作用时间；U_dc为母线电压。令合成电压矢量在谐波空间幅值为零，则有：

即最外层电压矢量作用时间为0.732T_s，次外层电压矢量作用时间为0.268T_s，合成电压矢量幅值为0.598U_dc，进一步分析，只需保证基波子空间最外层和次外层电压矢量作用时间之比为0.732﹕0.268，即可保证映射到谐波子空间的电压矢量幅值为零；同理，只需保证谐波子空间最外层和次外层电压矢量作用时间之比为0.732﹕0.268，即可保证映射到基波子空间的电压矢量幅值为零；

由于两个子空间的虚拟电压矢量在两个子空间之间互相映射电压幅值为零，因此可以实现对两个子空间单独控制，另外，由于两个子空间控制集不同，对应于两个子空间的价值函数g_dq、g_xy需要分别设计，由下式给出：

式中：分别为d、q、x、y轴电流参考值。