一种永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及模型预测控制在永磁同步电机控制领域的应用，如模型预测控制在风 力发电机技术或电动汽车技术上的应用。
【背景技术】
[0002] 在风力发电系统、电动汽车驱动系统或其他永磁同步电机驱动应用场合，共模电 压均会对系统产生恶劣影响。例如，在风力发电系统中，过大的共模电压会引起过大的 轴电压和轴电流，从而损坏电机轴承，影响电机使用寿命。如何抑制共模电压是风力发 电系统、电动汽车驱动系统或其他永磁同步电机驱动应用场合的研究热点和难点。虽然 文献"闫雪丽，郝本昂，夏自田，等.基于预测控制的共模电压抑制策略分析[J].煤 矿机电，2014,（5):58-64. "研究了一种基于模型预测控制的共模电压抑制方法，但是该 方法每个周期需要根据6个非零电压矢量进行优化运算，存在计算量大、开关频率高、开 关损耗大等缺点。文献 "Sung-kiMun,SangshinKwak.ReducingCommon-ModeVoltage ofThree-PhaseVSIsusingthePredictiveCurrentControlMethodbasedon ReferenceVoltage[J].JournalofPowerElectronics, 2015, 15(3):712-720.Sung-ki Mun,SangshinKwak. (Sung-kiMun,SangshinKwak.采用基于参考电压的预测电流控制减 小三相电压源型逆变器共模电压的方法[J]·电力电子杂志，2015, 15(3) :712-720.)"提 出了一种简化的模型预测共模电压抑制方法，但该方法在计算参考电压时受实际电流纹波 的影响，这易导致参考电压计算错误，影响系统控制精度。文献"SangshinKwak,Sung-ki Mun.ModelPredictiveControlMethodstoReduceCommon-ModeVoltagefor Three-PhaseVoltageSourceInverters[J].IEEETransactionsonPowerElectroni cs, 2015,30(9):5019-5035.SangshinKwak,Sung-kiMun. .(SangshinKwak,Sung-kiMun. 采用模型预测控制减小三相电压源逆变器共模电压的方法[J].IEEE电力电子学会刊， 2015, 30 (9) : 5019-5035.) "提出了一种基于双矢量的模型预测共模电压抑制方法，该方法 在每一个控制周期采用两个非零电压矢量一起工作，既能减小共模电压，也可以提高电流 动态响应速度，减小电流谐波。然而，该方法需要在线优化选择两个非零电压矢量及其作用 时间，实现复杂，且开关频率比其他方法更高。
[0003] 综上，现有的模型预测共模电压抑制方法还存在如下问题：
[0004] 1、计算量大，每个周期需要根据6个非零电压矢量进行优化运算，或每个周期需 要同时优化使用两个矢量；
[0005] 2、现有的方法均存在较多的不相邻非零电压矢量的切换，这直接导致系统开关频 率尚，开关损耗大；
[0006] 3、虽然基于无差拍的模型预测共模电压抑制方法可减小计算量，但该方法控制精 度易受电流纹波影响。
【发明内容】
[0007] 本发明提出了一种永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法。该方法在抑制共模 电压的同时，每个周期只需要根据4个电压矢量进行优化运算，从而大大减小了计算量，并 降低了开关频率，即降低了系统的开关损耗；同时，该方法根据电流绝对值大小选择不相邻 非零电压矢量，可进一步降低开关损耗，提高效率。
[0008] 本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种永磁同步电机模型预测共模电压 抑制方法，包括永磁同步电机电流、电压的采样，其特征在于，主要步骤如下：
[0009] 1、一种永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法，包括永磁同步电机电流、电压 的采样，其特征在于，主要步骤如下：
[0010] 步骤1、采样k时刻永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。，并通过坐标变换得到同步 旋转dq坐标系下的电流id、iq，满足下式：
[0012] 其中，θι^为永磁同步电机的转子位置角度，通过安装在永磁同步电机上的光电编 码器得到；
[0013] 步骤2、根据逆变器的驱动信号得到k时刻的开关状态Sa、Sb、S。，并根据k时刻逆 变器的开关状态Sa、Sb、S。和直流侧电压Ud。，计算k时刻同步旋转dq坐标系下的电压ud，uq， 满足下式：
[0015] 其中，开关状态Sa、Sb、Sc等于0或1 ;
[0016] Sa= 1表示两电平逆变器a相桥臂上管导通，下管关断；
[0017] Sa= 0表示两电平逆变器a相桥臂上管关断，下管导通；
[0018] Sb= 1表示两电平逆变器b相桥臂上管导通，下管关断；
[0019] Sb= 0表示两电平逆变器b相桥臂上管关断，下管导通；
[0020] 1表示两电平逆变器c相桥臂上管导通，下管关断；
[0021] 0表示两电平逆变器c相桥臂上管关断，下管导通；
[0022] Ud。为逆变器的直流侧电压，通过直流电压传感器采样得到；
[0023] 步骤3、根据步骤1得到的电流id、iq和步骤2得到的电压ud、uq，预测k+Ι时刻的 电流id(k+l)、iq(k+l)，满足下式：
[0025] 其中，矩阵A、B、C满足：
[0029] 其中，Rs为定子电阻，LdSd轴电感，Lq为q轴电感，ωr为同步转速，控制周 期，1^为永磁体磁链。
[0030] 步骤4、根据步骤2得到的k时刻逆变器的开关状态Sa、Sb、S。，得到k时刻作用的 电压矢量u(SaSbS。)，其中：
[0031] 如果Sa= 1，Sb= 0,Sc= 0,则k时刻作用的电压矢量记为u^100);
[0032] 如果Sa= 1，Sb= 1，Se= 0,则k时刻作用的电压矢量记为u2(110);
[0033] 如果Sa= 0,Sb= 1，Se= 0,则k时刻作用的电压矢量记为u3(010);
[0034] 如果Sa= 0,Sb= 1，Se= 1，则k时刻作用的电压矢量记为u4(011);
[0035] 如果Sa= 0,Sb= 0,Se= 1，则k时刻作用的电压矢量记为u5(001);
[0036] 如果Sa= 1，Sb= 0,Se= 1，则k时刻作用的电压矢量记为u6(101);
[0037] 步骤5、根据步骤1采样的永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。和步骤4得到的k时 亥IJ作用的电压矢量u(SaSbS。)，选择4个电压矢量构成一个电压矢量集合；其中：
[0038] 如果k时刻作用的电压矢量是!^…。），且|ib| > |i」，则将电压矢量u5(001)、 UedOlhUidOOhuJllO)构成一个电压矢量集合；
[0039] 如果k时刻作用的电压矢量是~⑶。），且|ib| < |i」，则将电压矢量u6(101)、 4(100)^2(110)^3(010)构成一个电压矢量集合；
[0040] 如果k时刻作用的电压矢量是112(110)，且|ib| > |ia|，则将电压矢量4(100)、 u2(110)、u3(010)、u4(011)构成一个电压矢量集合；
[0041] 如果k时刻作用的电压矢量是112(110)，且|ib| < |ia|，则将电压矢量u6(101)、 4(100)^2(110)^3(010)构成一个电压矢量集合；
[0042] 如果k时刻作用的电压矢量是113(010)，且|i」> |ia|，则将电压矢量4(100)、 u2(110)、u3(010)、u4(011)构成一个电压矢量集合；
[0043] 如果k时刻作用的电压矢量是113(010)，且|i」< |ia|，则将电压矢量u2(110)、 u3(010)、u4(011)、u5(001)构成一个电压矢量集合；
[0044] 如果k时刻作用的电压矢量是114(011)，且|ib| > |i」，则将电压矢量u2(110)、 u3(010)、u4(011)、u5(001)构成一个电压矢量集合；
[0045] 如果k时刻作用的电压矢量是114(011)，且|ib| < |i」，则将电压矢量u3(010)、 u4(011)、u5(001)、u6(101)构成一个电压矢量集合；
[0046] 如果k时刻作用的电压矢量是115(001)，且|ia| > |ib|，则将电压矢量u3(010)、 u4(011)、u5(001)、u6(101)构成一个电压矢量集合；
[0047] 如果k时刻作用的电压矢量是u5(001)，且|ia| < |ib|，则将电压矢量u4(011)、 uJOOlhueaOlhuJlOO)构成一个电压矢量集合；
[0048] 如果k时刻作用的电压矢量是116(101)，且|i」> |ia|，则将电压矢量u4(011)、 uJOOlhueaOlhuJlOO)构成一个电压矢量集合；
[0049] 如果k时刻作用的电压矢量是116(101)，且|i」< |ia|，则将电压矢量u5(001)、 UedOlhUidOOhuJllO)构成一个电压矢量集合；
[0050] 其中，|ia |表示永磁同步电机的a相电流绝对值，|ib |表示永磁同步电机的b相