专利名称：基于igct五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法
技术领域：
本发明属于大功率变频交流调速领域，特别地，涉及一种基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其中，基于IGCT的五电平逆变器，结合矢量控制技术实现对管线压缩机双绕组大功率电机防爆电力驱动系统的控制。
背景技术：
普通两电平变频器的拓扑结构比较简单，为了获得大功率，一般依靠开关器件串联以承受高压，将开关器件并联以承受大电流。但由于功率器件参数的离散型，将带来静、动态均压和均流等一系列问题。技术上的不确定因素影响很大，可靠性不高，而且输出只有两电平，电压波动大，产生较大谐波。因此这种变频器结构应用范围非常有限。在高压大功率变频领域，针对两电平变频器的不足，须采用五电平、七电平甚至更多电平来提高输出电压。五电平具有低压器件输出高电压等级、输出波形谐波含量少、开关器件开关频率低、开关损耗小等优点。采用磁链、转速、电流闭环的直接矢量控制系统在获得高性能调速策略的同时，还可以提高电机定子电流的正弦度，获得高性能的调速系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其有效的解决了双绕组大功率电机防爆电力驱动系统的控制问题，采用矢量控制得到高性能的调速策略，采用五电平结构在低压器件实现高电压等级的同时降低了电压、电流的谐波含量。为了实现上述目的，本发明的基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，包括以下步骤:步骤一、设定转速和磁链的给定值，经转速和磁链的PI调节器计算出同步旋转坐标系下d、q轴电流给定值；步骤二、由d、q轴电流给定值经PI调节器计算出d、q轴电压给定值，进而得到参考电压矢量的幅值，经过坐标变换得到旋转的参考电压矢量；步骤三、根据给定的旋转参考电压矢量，采用五电平空间矢量脉冲宽度调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压；步骤四、经电压、电流、转速检查模块得到所需的电压、电流和转速信息，经磁链观察得到磁链、旋转角度信息。根据上述的基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其中，所述系统中，两个五电平逆变器共用一个直流母线电压。根据上述的基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其中，所述系统采用双d、q电流控制。因此，本发明的基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法具有以下有益的技术效果:(I)五电平的拓扑结构使逆变器输出的电压、电流谐波含量相对于两电平、三电平大大减少，且谐波次数增大；(2)矢量控制可以获得高性能的调速系统，基于双d、q的电流控制策略可以分别控制电机的两套绕组，从而避免绕组参数不一致带来的两套绕组电流不平衡问题；(3)双绕组电机可以运行在全速、全载，全速、半载和半速、半载等模式，提高了调速系统的可靠性等。
图1为本发明的系统控制结构示意图；图2为本发明的电流调节器的结构示意图；图3为本发明的磁链调节器的结构示意图；图4(a)为本发明的转速环的结构示意图；图4(b)为本发明的转速调节器的结构示意图；图5为本发明的双d、q电流控制的电路图；图6为本发明的五电平逆变器主回路的的结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。本发明基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统如图1所示，其控制方法的具体步骤如下:步骤一、设定转速和磁链的给定值，经转速和磁链的PI调节器计算出同步旋转坐标系下d、q轴电流给定值；步骤二、由d、q轴电流给定值经PI调节器计算出d、q轴电压给定值，进而得到参考电压矢量的幅值，经过坐标变换得到旋转的参考电压矢量；步骤三、根据给定的旋转参考电压矢量，采用五电平空间矢量脉冲宽度调制算法(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM),得到双绕组电机所需的六相电压；步骤四、经电压、电流、转速检查模块得到所需的电压、电流和转速信息，经磁链观察得到磁链、旋转角度信息。磁链、转速、电流PI调节器须根据系统要求整定成典型系统，根据系统需要设定PI调节器的限幅值。在本发明中，采用双d、q电流控制，虽然增加了 PI调节器的数目，但可以分别控制双绕组电机的两套绕组，可以避免因绕组参数不一致造成的电流、电压不平衡问题。本发明采用两个五电平逆变器共用一个直流母线电压，可以避免器件级联带来的回流问题。另外采用SVPWM控制算法，可以在提高直流母线电压利用率的同时，减少逆变器输出电压、电流的谐波。由系统控制结构可得，实现该控制系统的具体步骤如下:1、电机模型推导
采用坐标变换和转子磁场定向理论得到双绕组电机在d-q同步旋转坐标系下的电压、转矩、磁链和运动方程如式(I)-式⑷所示。
权利要求
1.基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、设定转速和磁链的给定值，经转速和磁链的PI调节器计算出同步旋转坐标系下d、q轴电流给定值； 步骤二、由d、q轴电流给定值经PI调节器计算出d、q轴电压给定值，进而得到参考电压矢量的幅值，经过坐标变换得到旋转的参考电压矢量； 步骤三、根据给定的旋转参考电压矢量，采用五电平空间矢量脉冲宽度调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压； 步骤四、经电压、电流、转速检查模块得到所需的电压、电流和转速信息，经磁链观察得到磁链、旋转角度信息。
2.根据权利要求1所述的基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其特征在于，所述系统中，两个五电平逆变器共用一个直流母线电压。
3.根据权利要求1所述的基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，其特征在于，所述系统采 用双d、q电流控制。
全文摘要
本发明公开了一种基于IGCT五电平的双绕组大功率防爆电机系统的控制方法，设定转速和磁链的给定值，经转速和磁链的PI调节器计算出同步旋转坐标系下d、q轴电流给定值；由d、q轴电流给定值经PI调节器计算出d、q轴电压给定值，进而得到参考电压矢量的幅值，经过坐标变换得到旋转的参考电压矢量；根据给定的旋转参考电压矢量，采用五电平空间矢量脉冲宽度调制算法，得到双绕组电机所需的六相电压；经电压、电流、转速检查模块得到所需的电压、电流和转速信息，经磁链观察得到磁链、旋转角度信息。本发明中，逆变器输出的电压、电流谐波含量相对于两电平、三电平大大减少，且谐波次数增大；且避免了绕组参数不一致带来的两套绕组电流不平衡问题。
文档编号H02P21/00GK103219937SQ20131007483
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者姜建国, 徐亚军, 李洪亮, 罗*, 潘庆山, 刘贺, 乔树通 申请人:上海交通大学