1.一种双三电平逆变器开绕组电机模型控制方法,其特征在于:该方法包括如下步骤,(1)对第k时刻的电压 电流 转速 以及磁链信号 进行采样观测,通过磁链给定信号 与磁链观测器估算磁链值ψr作差,经过PI调节器后得到定子电流d轴分量的给定*值 通过给定转速ω 与编码器实际测得的转速ω做比较,定子电流q轴分量的给定值由PI调节器调整后可得;
(2)以定子电流d轴分量的给定值 和定子电流q轴分量的给定值 经过反Park变换数学推导,得到两相静止坐标系下α、β轴的电流给定值
(3)根据定子电流预测模型,代入不同的待选电压矢量可以得到k+1时刻的定子电流预测值;
所述的定子电流预测值通过如下步骤获得,
根据电机在两相静止坐标系下的数学模型式及电压方程、磁链方程,可得电流动态等效表达式(4.1),式中:Lm表示定子与转子同轴等效绕组间的互感;
Ls、Lr为定子和转子绕组的自感;
Rs、Rr为定子和转子绕组电阻;
表示转子电磁时间常数;
ψrα、ψrβ分别表示转子磁链在α、β轴的分量;
usα、usβ分别表示定子电压在α、β轴的分量;
isα、isβ分别表示定子电流在α、β轴的分量;
表示漏感系数;
采用前向欧拉法对式中的定子电流进行离散化处理可得:
式中 表示漏感系数;
采用模型预测电流控制,以α、β轴定子电流作为被控对象并设为价值函数的约束条件:式中: 分别表示定子电流在α、β轴的给定值;isα(k+1)、isβ(k+1)分别表示定子电流在α、β轴的预测值;
(4)从零序电流抑制、电压越级跳变控制、中点电位平衡控制及开关频率抑制这四个方面,利用价值函数比较定子电流给定值与预测值,遴选出使价值函数最小的定子电流预测值,并将其对应的开关状态输出给两台逆变器;
(5)在第k+1个控制周期,重复步骤(1)‑(4)的过程,预测k+2时刻的定子电流值,再次选取价值函数最小的定子电流预测值对应的开关状态输出给两台逆变器,以此类推,实现对双三电平逆变器开绕组电机的控制。
2.根据权利要求1所述的双三电平逆变器开绕组电机模型控制方法,其特征在于:步骤(4)中所述零序电流抑制和电压越级跳变控制的方法为,建立预测选择矢量切换表,对某一时刻的电压矢量进行采样,然后利用矢量切换表对下一周期的电压矢量进行预选,按照每次电压矢量不能从“p→n”或“n→p”的原则,在离线条件下,选择零共模电压矢量作为待选电压矢量去预测系统未来的状态,完全消除双逆变器系统的零序电压和共模电压,所述零共模电压矢量是指根据双逆变器共模电压公式和零序电压公式可知,只有当两台逆变器共模电压均为零时即Ucm1=Ucm2=0,双逆变器系统共模电压Ucm和零序电压Uzs才能同时为零,使得两台逆变器共模电压均为零的电压矢量。
3.根据权利要求2所述的双三电平逆变器开绕组电机模型控制方法,其特征在于:每一个电压矢量都是由两台逆变器输出电压矢量合成而来,且至少对应一种开关状态,其中,开关状态“p”、“o”、“n”分别代表逆变器输出电压为Vdc、0、‑Vdc,根据双三电平逆变器系统零共模电压矢量图,确定每一个零共模电压矢量对应的开关状态,再根据共模电压和零序电压的计算公式可得:Ucm=[0+Vdc+(‑Vdc)+0+(‑Vdc)+Vdc]=0(4.4)Uzs=[0+Vdc+(‑Vdc)‑0‑(‑Vdc)‑Vdc]=0(4.5)同理对于其它待选电压矢量,所产生的零序电压和共模电压均为零。
4.根据权利要求1所述的双三电平逆变器开绕组电机模型控制方法,其特征在于:步骤(4)中所述中点电位平衡控制的方法为,在不考虑电容差异情况下两个支撑电容C1、C2的电容值均为C,iC1和iC2分别是流经两支撑电容的电流,uc1、uc2分别是支撑电容C1、C2处的电压,根据节点电流定律以及电容特性,可得电容电压与电容电流之间的关系为:式中ΔVNP为支撑电容C1和支撑电容C2之间的电压差,iNP表示支撑电容C1和支撑电容C2之间的电流,理想情况下C1=C2=C,根据状态平均值法,取一个周期之中的电压平均值作为该时刻的电压差值;
使用前向欧拉算法将直流侧电容电压进行离散化得到中点电位在下一时刻的表达式为:由此可得中点电压的表达式:
ΔVNP(k+1)=uC1(k+1)‑uC2(k+1)(4.8)将中点电压作为一项新的约束项写入价值函数中,可得到新的价值函数为:为了平衡中点电压,在式中引入中点电位平衡权重因子λΔV,通过调整λΔV的数值动态的调节中点电位与输出电流之间的平衡,同时还可以保证系统输出电流的控制效果。
5.根据权利要求4所述的双三电平逆变器开绕组电机模型控制方法,其特征在于:步骤(4)中所述开关频率抑制的方法为,在选择出最佳电压矢量后,再从对应的开关状态中选择出使开关切换次数最低的最佳开关状态,开关切换次数表达式为:S=|Sa1(k+1)‑Sa1(k)|+|Sb1(k+1)‑Sb1(k)|+|Sc1(k+1)‑Sc1(k)|+|Sa2(k+1)‑Sa2(k)|+|Sb2(k+1)‑Sb2(k)|+|Sc2(k+1)‑Sc2(k)| (4.10)式中:Sa1(k)、Sb1(k)、Sc1(k)分别表示当前采样时刻逆变器‑1的第一条桥臂、第二条桥臂、第三条桥臂的开关状态,Sa2(k)、Sb2(k)、Sc2(k)分别表示当前采样时刻逆变器‑2的第一条桥臂、第二条桥臂、第三条桥臂的开关状态,Sa1(k+1)、Sb1(k+1)、Sc1(k+1)分别表示下一个采样时刻即将施加到逆变器‑1的第一条桥臂、第二条桥臂、第三条桥臂的开关状态,Sa2(k+
1)、Sb2(k+1)、Sc2(k+1)分别表示下一个采样时刻即将施加到逆变器‑2的第一条桥臂、第二条桥臂、第三条桥臂的开关状态;
将系统开关频率限制作为一项新的约束项添加至价值函数中,因此新的价值函数为:式中λs为开关频率权重因子。
6.根据权利要求4或5所述的双三电平逆变器开绕组电机模型控制方法,其特征在于:所述权重因子的设计采用半值逼近方法,该方法为,首先为权重因子选择两个数量级的初始值,对两个初始值进行仿真并将结果与预期输出进行对比,然后以初始值区间的一半作为新的权重系数进行仿真,通过仿真结果的对比,得出权重系数应往哪边调整,再次以上述值和离上述值最近的值为权重因子初始值,继续计算直到得到所需的权重值。