[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

说明书

本发明公开了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。包括以下步骤：推导双三相PMSG旋转坐标系下的数学模型和离散化预测控制模型；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；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；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；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。本发明能够在传统基于虚拟矢量占空比的MPCC策略基础上，在不显著增加计算量的情况下，进一步有效抑制谐波电流，提升双三相PMSG系统的稳态性能。

技术领域

本发明涉及双三相永磁同步发电机模型预测控制领域，具体是一种双三相永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator，PMSG)双子空间占空比模型预测电流控制(model predictive current control，MPCC)策略，有利于减少谐波电流含量，提升系统的稳态性能。

背景技术

随着国防特种装备如军舰舰船、电动飞机及多功能战车的全电化发展，以发电机为核心的直流电源系统受到广泛关注。受可靠性、装备空间以及低压大功率的限制，多相永磁同步发电机成为首要选择。其中，双三相PMSG因具有较小的转矩和电流脉动，具有很好的应用前景。

与三相电机不同，多相电机由于相数的增加，控制自由度增加，具有多个谐波子空间。传统的矢量控制需要多个PI或PR控制器对每个谐波平面进行控制，控制系统复杂且参数整定困难，不易于系统的实现。近年来，模型预测控制(model predictive control，MPC)由于原理简单、响应迅速、无需内环电流控制器的设计，为多相电机谐波电流的抑制提供新的思路。

传统的MPC在一个控制周期只应用单个开关状态，不可避免的在谐波子空间产生电压矢量，而这部分电压矢量作用在电机的漏抗上，会产生较大的谐波电流，进而增加定子铜耗，降低系统效率。已有的解决方法为：1)选用基波子空间最外层和次外层电压矢量，通过构造虚拟电压矢量控制集，抑制谐波电流，然而控制集中电压矢量幅值固定不可调，相电流仍存在较大脉动；2)基于虚拟电压矢量，采用占空比调制策略，在一个控制周期中，计算有效电压矢量的作用时间，并在其余时间内插入零电压矢量，减小了电流跟踪误差，提高了电流控制精度；3)基于虚拟电压矢量，采用通用两矢量算法，使电机在全速域内运行时均能保持较好的稳态性能。然而，上述方法通过构造虚拟电压矢量虽然有效抑制了谐波电流，提升了系统稳态性能，但同时也消除了控制集中用于调节谐波子空间分量的电压矢量，因此，谐波子空间分量本质上属于开环控制。在实际系统中，死区效应和变流器管压降等非线性因素会导致合成的电压矢量在谐波子空间的幅值非零，进而产生谐波电流，由于谐波子空间开环控制，上述产生的谐波电流将无法得到抑制，限制了系统效率和稳态性能的进一步提升。

发明内容

本发明针对双三相PMSG整流系统，提出一种同时考虑基波子空间和谐波子空间以抑制谐波电流的模型预测电流控制方法。通过分别在两个子空间构造虚拟电压矢量控制集，实现对两个子空间分量的闭环控制。通过在两个子空间采用虚拟矢量占空比优化策略，提升系统稳定性。此外，采用一种简化寻优方案以减少计算量。实现在不显著增加计算量的情况下，获得相对于传统虚拟矢量占空比策略更好的稳态性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

双三相PMSG双子空间占空比MPCC策略，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：推导双三相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；