一种兼顾均流与电机控制效果的驱动器并联系统控制方法与流程

本发明属于电力电子、电机控制领域，涉及电机驱动系统，广泛应用于大功率交流电机调速，为一种驱动器并联系统的均流滞环控制方法。

背景技术：

为满足电机驱动系统容量不断增大的要求，并联三相逆变器用来提高电机调速系统容量。在实际工程应用中，常见的并联方式为将逆变器交流侧输出串联均流电抗器后直接并联。

在一些工程化应用中，为了简化系统控制器和控制方式，对并联驱动器采用同步pwm控制方法，这个方法的原理是：并联系统的电流环控制与单个驱动器的电流环控制方式并无差异，电流环的反馈是各个并联驱动器的相电流之和，电流环给定在每台驱动器的ud、uq均等，经过2r/2s变换和svpmw计算后的并联驱动器使用相同svpwm载波比较值。同步pwm控制方法的优势是：方法简单易行，动态性能好。同步pwm控制方法的缺点是：由于并联系统的igbt模块器件差异，均流电抗器感量差异、系统电缆布线差异等因素，在相同pwm载波值的条件下，各个驱动器输出相电流是不均等的。为了保证驱动器模块的可靠运行，驱动器模块输出需要降额，降额带来了系统的成本增加。

中国专利发明申请cn102355195a《一种用于传动系统的多逆变模块并联变频装置及控制策略》为了解决环流问题，提出主从均流控制策略：每个模块的输出电流与负载电流的平均值进行比较后得到的差值作为该模块参考电流的偏移量，各模块的参考电流是根据主模块矢量控制计算均分出来的，参考电流加上偏移量经pi调节控制逆变器的工作，使得各模块的输出电流与负载电流的平均值相等。该方案提出方法的缺点是：当并联系统处于小电流轻负载的工况下，驱动器输出不均流程度很小，不影响igbt模块的可靠运行。若采用该申请提出的方法，电流环控制将复杂化，影响了电流环的动态性能。

张建文,王鹏,王晗,蔡旭的《多逆变器并联的均流控制策略》[j].电工技术学报,2015,也针对多逆变器并联系统存在环流和不均流问题，建立了多逆变器并联系统的数学模型，提出了不均流度概念，并提出一种基于主从控制器的硬件电路结构解决并联系统存在的环流问题，并通过脉冲延时补偿解决来逆变器输出电流的不均流问题。该论文提出的方法利用采用查表方法，通过测量不同电流情况下的不均流度来建立不同的补偿曲线簇，根据曲线进行脉冲宽度的延时补偿。该方法的优点是：实现简单，基本不增加控制程序复杂程度；缺点是：补偿曲线建立比较复杂，需要经过长期反复测试获取实验数据，才能取得良好的控制效果，适应性较差，针对不同的并联系统，因为参数不一致，可能需要重新建立补偿曲线。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是：现有对驱动器并联系统的均流控制方法，存在控制复杂，或适应性较差的缺点，不能有效满足调节各个驱动器并联输出均流减小驱动器模块降额的需求。

本发明的技术方案为：一种兼顾均流与电机控制效果的驱动器并联系统控制方法，n台驱动器并联，观测各驱动器输出d轴和q轴电流与系统均分的d轴和q轴电流之差，并根据电流偏差值的大小选择进行均流调节或者不调节，当观测到并联驱动系统其中一台驱动器输出的电流与系统均分的电流之差超过电流差阈值上限εmax，由均流差补偿滞环控制器产生补偿电压δudi*、δuqi*分别叠加在dq轴的电压指令上，i＝1～n，使被调节的驱动器输出d轴和q轴电流与系统平均d轴和q轴电流之差为零；当驱动器输出的电流与系统平均电流之差小于阈值下限εmin，均流差补偿滞环控制器输出的补偿电压强制置零，电流环不再进行均流差补偿。

所述驱动并联系统通过n台驱动器交流侧输出串联均流电抗器后直接并联，每台驱动器对自身的三相电流ia、ib、ic进行采样，并反馈给系统的控制器，系统的电流环在控制器中实现，控制器对每台驱动器反馈的三相电流进行3r/2r和2s/2r变换，得到各台驱动器的dq轴电流idi及iqi，i＝1～n。

电流环的输入是速度环的输出给定值：励磁指令电流ids*和转矩指令电流iqs*，电流环的反馈为并联各台驱动器的dq轴电流之和id及iq，其中id＝id1+id2+……idn，iq＝iq1+iq2+……iqn，通过两个pi调节器分别输出dq轴指令电压uds*及uqs*，uds*和uqs*平均到n台驱动器上，每台驱动器得到相同的指令电压uda*和uqa*，其中uda*＝uds*/n，uqa*＝uqs*/n，uda*、uqa*是未进行均流补偿的指令电压。

第i台驱动器的输出d轴电流idi和q轴电流iqi与系统均分的d轴电流id/n和q轴电流iq/n之差分别为：εidi＝idi-id/n，εiqi＝iqi-iq/n，所述均流差补偿滞环控制器具体为：当观测到系统中任一台驱动器的dq轴的电流偏差值大于设定上限εmax，表明驱动器需要均流补偿，对每台驱动器都使用均流差补偿滞环控制器进行补偿，均流差补偿滞环控制器的输入给定为d轴给定εidi*＝0，q轴给定εiqi*＝0，εidi与εiqi作为第i台驱动器均流差补偿滞环控制器的反馈，分别通过两个pi调节器输出补偿给定电压δudi*，δuqi*，此时第i台驱动器得到的dq轴指令电压分别为udi*＝uda*+δudi*，uqi*＝uqa*+δuqi*，补偿后的指令电压udi*与uqi*通过2r/2s变换和svpwm变换，系统的控制器最终计算得到第i台驱动器的svpwm载波比较值并发送给相应驱动器，驱动器执行pwm发波。

若某台驱动器dq轴电流与系统平均dq电流之差εidi与εiqi大于阈值下限εmin，则均流差补偿滞环控制器持续输出δudi*，δuqi*给电流环，直到驱动器的均流差小于下限εmin。

进一步的，若观测到所有驱动器的εidi与εiqi都小于下限εmin，则简化电流环控制，不再计算补偿电压，将补偿电压δudi*和δuqi*强行置零，并将均流差补偿滞环控制器的pi调节器的积分清零，实现均流补偿到不补偿控制的平滑切换，电流环给定在每台驱动器的dq轴电压均等，经过2r/2s变换后的并联驱动器输出相同svpwm载波比较值，驱动器执行pwm发波。

本发明适用于驱动器并联电机拖动系统，本发明既能调节各个驱动器并联输出均流减小驱动器模块降额，又能在并联系统输出电流较小的工况下，简化并联控制方法提升电流环动态性能。具有以下有益效果：

1)相较于背景技术提到的同步pwm控制方法，本发明的优势是：减小了各个驱动器igbt模块的不均流，降低了驱动器igbt模块的降额；相较于背景技术提到的均流控制的方法，本发明方法的优势是：在均流差很小或者均流控制不重要的工况下，均流差补偿计算被关闭，电流环控制被最大程度简化，提升电流环动态性能。

2)本发明提出了兼顾均流效果与电机控制效果方法，除了均流控制，还能够实现均流补偿到不补偿控制方法的平滑切换，减小控制模式变换对电流环的影响。

附图说明

图1为本发明适用的驱动器并联系统结构。

图2为本发明方法中并联系统的电流环控制框图。

图3为本发明方法中均流差补偿滞环控制器的框图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明方法。

本发明提出了一种兼顾均流与电机控制效果的方法，适用的系统通过n台驱动器交流侧输出串联均流电抗器后直接并联，驱动器1～驱动器n通过高速总线进行数据交互和pwm载波同步控制，如图1所示。观测各驱动器输出d轴和q轴电流与系统均分的d轴和q轴电流之差，并根据电流偏差值的大小选择进行均流调节或者不调节。当观测到并联系统其中一台驱动器输出d轴和q轴电流与系统均分d轴和q轴电流之差超过电流差阈值上限εmax，均流差补偿滞环控制器将产生dq轴补偿电压δudi*和δuqi*分别叠加在dq轴电压指令上，目的是使被调节的驱动器输出d轴和q轴电流与系统平均d轴和q轴电流之差为零；当驱动器输出的电流与系统平均电流之差小于电流差阈值下限εmin，均流差补偿滞环控制器输出补偿电压强制置零，电流环不进行均流差补偿。所述的电流差阈值是设定的一个区间[εmin,εmax]。

驱动器1～驱动器n通过高速总线进行数据交互和pwm载波同步控制。每台驱动器对自身的三相电流ia、ib、ic进行采样，并反馈给系统的控制器。并联系统的电流环在控制器中实现，控制器对每台驱动器反馈的三相电流进行3r/2s和2s/2r轴变换，得到各台驱动器的dq轴电流idi及iqi，i＝1～n。

本发明提出的均流方法只作用在电流环，如图2所示，并联系统的电流环的输入为速度环的输出给定励磁指令电流ids*和转矩指令电流iqs*，电流环反馈为并联各台驱动器的dq轴电流之和id、iq，其中id＝id1+id2+……idniq＝iq1+iq2+……iqn，分别通过两个pi调节器输出dq轴指令电压uds*、uqs*，uds*和uqs*平均到n台驱动器上，驱动器1与驱动器i得到相同的指令电压uda*、uqa*，即uda*＝uds*/n，uqa*＝uqs*/n，uda*、uqa*是未进行均流补偿的指令电压。

本发明提出的方法观测每台驱动器的dq轴电流与系统平均dq电流之差，设第i台驱动器的d轴和q轴的均流差分别为：εidi＝idi-id/n，εiqi＝iqi-iq/n，并设置均流差补偿滞环控制器。当观测到系统中任一台驱动器的dq轴均流差大于设定上限εmax，表明系统于较严重的不均流工况，驱动器需要被均流补偿控制。对每台驱动器都使用均流差补偿滞环控制器计算，均流差补偿滞环控制器的输入给定为εidi*＝0，εiqi*＝0，εidi与εiqi作为第i台驱动器均流差补偿滞环控制器的反馈，分别通过两个pi调节器输出补偿给定电压δudi*和δuqi*。此时第i台驱动器的到的dq轴指令电压分别为udi*＝uda*+δudi*，uqi*＝uqa*+δuqi*。补偿后的指令电压udi*与uqi*通过2r/2s和svpwm变换，最终计算得到第i台驱动器的svpwm载波比较值并发送给相应驱动器，驱动器执行pwm发波。

在驱动器的电流环加入均流补偿，且调节稳定后，驱动器dq轴电流与系统平均dq电流之差εidi与εiqi逐渐减小，当观测到每台驱动器的εidi与εiqi都大于下限εmin，则均流差补偿滞环控制器输出δudi*，δuqi*仍会作用在电流环，直到每台驱动器的均流差小于下限εmin。

当并联系统继续进行均流补偿控制，或者随着工况变化使得系统输出电流的减小，若观测到所有驱动器的εidi与εiqi都小于下限εmin，本发明的方法将简化电流环控制，不再计算补偿电压。为了实现均流补偿到不补偿控制方法的平滑切换，本发明将补偿电压δudi*，δuqi*强行置零及补偿器的积分清零。电流环给定在每台驱动器的dq轴电压均等，经过2r/2s变换后的并联驱动器输出相同svpwm载波比较值，驱动器执行pwm发波。