[发明专利]一种抑制直流侧电容电压波动的直接转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种抑制直流侧两电容电压波动的直接转矩控制方法，针对故障容错拓扑八开关三相逆变器，分析得出影响电机定子磁链、电磁转矩以及直流侧两电容电压大小瞬时变化最主要因素是该时刻所施加的基本电压矢量，通过具体分析在不同扇区内，施加各个基本电压矢量对电机定子磁链、电磁转矩以及直流侧两电容电压大小变化的影响，采用磁链、转矩和电容电压三个滞环调节器，设计开关表选择合适的电压矢量作用，完成闭环传动系统直接转矩控制。本发明具有良好的控制性能，并很好的抑制了直流侧两电容电压的波动，基本保证了中点电位的平衡。

技术领域

本发明涉及逆变器-电机传动系统控制技术领域，具体为一种抑制直流侧电容电压波动的直接转矩控制方法。

背景技术

三电平中点箝位型逆变器拓扑作为一直以来研究的热点，在其调制策略、控制方法及中点电位平衡等方面已取得丰硕的研究成果。为获得更高的可靠性，就要求逆变器具有更强的故障容错能力，使系统在发生故障时依然能够稳定运行。因此三电平中点箝位型逆变器众多故障容错重构拓扑中一种低成本的合理选择——八开关三相逆变器也越来越多的受到广大研究学者的关注，其拓扑结构如附图1所示。

直接转矩控制是迄今为止交流传动系统中除矢量控制策略以外的另一种被广泛应用的高性能控制策略。与矢量控制不同，直接转矩控制不需要进行复杂的坐标变换与矢量解耦，也省略了脉宽调制的部分，直接通过滞环调节器选择合适的矢量来实现对电机磁链和转矩的独立控制。它不仅能获得快速的动态响应，也能够克服对电机转子参数的依赖，并且控制系统结构清晰简单。

目前已有相关文章对八开关三相逆变器这种新型故障容错拓扑的调制策略与控制算法展开研究。为提高直流电压利用率，提出了基于叠加原理的空间矢量脉宽调制过调制算法，推导了全调制度范围内的空间矢量脉宽调制算法及其等效载波脉宽调制算法，并提出了一种可以在低频运行时保证输出三相电流平衡的载波脉宽调制算法，但并未考虑对直流侧电容电压波动的抑制。另外也将直接转矩控制策略应用于八开关三相逆变器-感应电机传动系统，但文中所提的三电平容错拓扑的直接转矩控制算法仅采用了6个小矢量作用，通过转矩、磁链滞环实现传统直接转矩控制，并没有考虑直流侧中点电位不平衡的问题。

综上上述，现有八开关三相逆变器的调制与控制算法存在的不足是：均未考虑三电平结构固有的直流侧中点电位不平衡的问题，没有采用相应的控制算法对八开关三相逆变器直流侧两电容电压的波动进行抑制。

发明内容

鉴于现有技术的如上不足，本发明的目的是提供一种能够抑制直流侧电容电压波动的八开关三相逆变器-感应电机传动系统直接转矩控制方法，通过采用该闭环控制算法，可以实现对电机磁链和转矩进行精确控制的同时很好的抑制直流侧两电容电压的波动，以达到更加优良的控制效果。技术方案如下：

一种抑制直流侧电容电压波动的直接转矩控制方法，其特征在于，在八开关三相逆变器拓扑的情况下，所述方法包括：

A：分析得到影响电机定子磁链、电磁转矩以及直流侧两电容电压Uc1和Uc2变化的主要因素为基本电压矢量；

B：分析施加不同的基本电压矢量时，电机定子磁链、电磁转矩、直流侧两电容电压Uc1和Uc2大小变化情况：

将各个基本电压矢量分解为沿磁链矢量方向的分量和垂直于磁链矢量方向的分量，

若基本电压矢量沿磁链矢量方向上的分量与磁链矢量同向，则该基本电压矢量使磁链幅值增大，若其与磁链矢量反向，则该基本电压矢量使磁链幅值减小；

若基本电压矢量垂直于磁链矢量方向的分量与电机旋转方向同向，则该基本电压矢量使电磁转矩增大，若其与电机旋转方向反向，则该基本电压矢量使电磁转矩减小；

若基本电压矢量位于静止两相坐标平面的右半平面，则该基本电压矢量使Uc1增大Uc2减小；若其位于左半平面，则该基本电压矢量使Uc1减小Uc2增大；