[发明专利]一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法，通过将电流预测过程转变为电压预测过程，再对三相两电平电压源逆变器产生的现有空间电压矢量扇区进行重新划分，并在新划分的扇区基础上又细分为零矢量选择区域和有效矢量选择区域；最后根据矿井电机车所处工况条件的不同，选择合适的共模电压抑制系数来调整两个选择区域所占比重。本发明在满足共模电压抑制效果的条件下，有效的减小了输出电流纹波；设计简单，控制灵活，有效的解决了现有共模电压抑制方法中输出电流纹波大的问题，并且利用新划分的扇区减少了模型预测控制计算量；在抑制矿井电机车驱动系统共模电压的同时，减小驱动系统输出的电流纹波，使电机车运行更加平稳。

技术领域

本发明涉及矿井电机车共模电压预测控制方法，尤其涉及一种基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法。

背景技术

近年来，由于矿井电机车具有结构简单、操作方便、安全系数较高、噪声较小、运行稳定等优点被广泛应用于矿井的生产运输过程中，是煤矿生产作业不可或缺的核心运输装备。矿井电机车的驱动系统主要包括蓄电池、能量转换装置和电机负载三部分，其中能量转换装置是驱动系统的核心环节，而基于电力电子器件的逆变器更是能量转换装置中的重要单元，其性能的优劣是保障矿井电机车驱动系统稳定运行的关键因素。

基于PWM调制的三相两电平电压源逆变器通过改变开关器件的导通和关断状态，可实现电能的高质量转换，提高了系统的稳定性和电压利用率，因此被广泛的应用于矿井电机车的能量转换装置中。但是开关器件在高速导通和关断时会产生较大的电压变化率du/dt和电流变化率di/dt，从而在驱动系统中会产生高频高模的共模电压和较强的电磁干扰。高频高模的共模电压会在矿井电机车的电机轴承上感应出高频高模的轴电压,而电机轴承与机架和地之间会存在寄生电容从而产生高频高模的轴电流，轴电流容易对电机的轴承和绝缘材料造成破坏，加之井下的实际环境较为复杂，湿度高、粉尘浓度高、路况颠簸，会大大减少电机的使用寿命，给矿井电机车的运行带来危险和一些不可靠因素。而较强的电磁干扰则会影响电机车上的射频通信仪等电子通讯设备的正常工作，导致矿井电机车出现运送误操作、追尾、闯红灯等安全事故，对机车本身和相关工作人员造成伤害。

模型预测控制不需要使用任何单独的PWM调制模块，控制简单、动态响应快速，在多目标控制和系统约束处理等方面具有很大的优势，许多学者将其用于电机车驱动系统的共模电压抑制技术中去。基于模型预测控制的传统共模电压抑制方法直接去除零矢量，仅使用有效矢量作用，不仅电流纹波大而且开关损耗也高，因此一些学者在此基础上提出了一些改进方法，如专利文件201510724306.6公开的基于两电平逆变器的永磁同步电机模型预测共模电压的抑制方法考虑了开关损耗，但是依然只采用有效矢量进行作用，导致电流纹波过大；专利文件201810688149.1公开的一种电压源逆变器模型预测的共模电压抑制方法考虑了电流纹波问题，将零矢量作为了候选矢量，但是由于存在价值函数寻优过程，计算量大。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种减少寻优过程计算量、减少输出电流纹波的基于电压矢量的矿井电机车共模电压预测控制方法。

技术方案：本发明的矿井电机车共模电压预测控制方法，包括步骤如下：

(1)利用一阶欧拉离散化原理，将永磁同步电机d-q轴下的电流状态方程进行离散化，得到永磁同步电机的电流预测方程；

(2)根据永磁同步电机的电流状态方程对影响驱动系统输出电流纹波大小的原因进行具体分析；

(3)利用无差拍控制原理，将电流预测过程转变为电压预测过程；

(4)对现有两电平的空间电压矢量扇区进行重新划分，利用重新划分的扇区选择最优矢量；

(5)在重新划分的各个电压矢量扇区的基础上，再细分为零矢量选择区域和有效矢量选择区域；