申请/专利权人：江苏大学

申请日：2021-09-27

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN113992093B

主分类号：H02P21/22

分类号：H02P21/22;H02P21/00;H02P9/30;H02P103/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.02.18#实质审查的生效;2022.01.28#公开

摘要：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。

主权项：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；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：ud、uq、ux、uy分别为d、q、x、y轴电压；id、iq、ix、iy分别为d、q、x、y轴电流；Rs为定子电阻；ωe为电角速度；Ld、Lq分别为d、q轴电感，且Ld＝Lq；L0为定子自漏感；Ψf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：idk+1、iqk+1、ixk+1、iyk+1分别为下一个采样时刻d、q、x、y轴电流预测值；idk、iqk、ixk、iyk分别为当前时刻d、q、x、y轴电流采样值；Ts为采样周期；udk、uqk、uxk、uyk为当前d、q、x、y轴电压；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：|vvαβ|、|vvxy|分别为合成电压矢量在基波子空间和谐波子空间的幅值；tL、tSL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；Udc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0.732Ts，次外层电压矢量作用时间为0.268Ts，合成电压矢量幅值为0.598Udc，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gdq、gxy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；步骤5的具体过程为：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为零电压矢量，因此对单个子空间控制时作用的零电压矢量可以等效替换为另一个子空间的有效电压矢量，进而将对两个子空间的控制合并到一个控制周期，实现对两个子空间分量的同时控制；单个控制周期内有效矢量的作用时间介于0到Ts之间，上述方法存在两个有效矢量作用时间之和大于Ts的情况；为首先保证系统对有功分量的控制，对两个子空间内有效矢量的作用时间施加约束条件，基波子空间和谐波子空间最优矢量作用时间约束由下式给出； 通过约束条件确定两个子空间最优电压矢量的作用时间后，即可将电压矢量对应的开关状态及对应的开通时间作用于整流器，完成电压矢量的输出；由于施加给变流器的开关状态较多，不易于系统开关序列的输出；根据脉宽调制等效输出的原理，只要保证各桥臂开关作用时间相等，就可以输出相同的电压幅值，因此，将输出的开关状态中心化对称，并在其中插入零矢量，实现对称且频率固定开关序列的输出。

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