[发明专利]共母线开绕组永磁同步电机协同空间矢量调制方法

摘要

本发明公开了一种基于Z源双逆变器的共母线开绕组永磁同步电机协同空间矢量调制方法，其采用比例积分‑谐振控制器和零矢量重分配方法抑制零序电流，能够有效抑制系统零序电流，同时保证调制两个逆变器调制输出的有效电压空间矢量作用时间不受影响，保证了系统的正常稳定运行。

主权项

1.一种基于Z源双逆变器的共母线开绕组永磁同步电机协同空间矢量调制方法，所述开绕组永磁同步电机由两台共直流母线的三相电压源型逆变器J1和J2为其励磁供电，电机的三相定子绕组一侧接逆变器J1，另一侧接逆变器J2，公共的直流母线通过Z源阻抗网络与直流电压源对接；所述协同空间矢量调制方法包括如下步骤：(1)采集电机的三相定子电流i_a～i_c以及直流电源电压V_dc，通过编码器得到电机的转速ω和转子位置角θ_r；(2)利用所述转子位置角θ_r对三相定子电流i_a～i_c进行坐标变换，得到对应dq0旋转坐标系下的d轴电流分量i_d、q轴电流分量i_q和0轴电流分量i₀；(3)根据转速ω以及d轴电流分量i_d、q轴电流分量i_q和0轴电流分量i₀，计算出电机的d轴电压补偿量Δu_d、q轴电压补偿量Δu_q和零序电压补偿量Δu₀；(4)根据d轴电压补偿量Δu_d、q轴电压补偿量Δu_q和零序电压补偿量Δu₀，通过d轴电流为零的矢量控制算法计算出d轴电压指令u_d、q轴电压指令u_q以及零序电压指令u₀；(5)将Z源双逆变器的直通占空比设置为d，计算确定Z源双逆变器直通零矢量的作用时间T_sh；(6)对所述d轴电压指令u_d和q轴电压指令u_q进行分配，使逆变器J1的调制电压矢量u₁＝(u_d+ju_q)/2，逆变器J2的调制电压矢量u₂＝‑(u_d+ju_q)/2，j为虚数单位；(7)对于逆变器J1或J2，利用SVPWM确定其调制电压矢量所在的扇区以及该扇区对应两个有效电压矢量的作用时长，进而根据零序电压指令u₀、直流电源电压V_dc以及直通零矢量的作用时间T_sh计算出逆变器两个零矢量的作用时长，具体方法如下：当逆变器J1的调制电压矢量u₁位于第一扇区，即调制电压矢量u₁的方向角∈[‑π/6,π/6)，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₁(100)和V₂(110)；此时由于方向相反，逆变器J2的调制电压矢量u₂位于第四扇区，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₄(011)和V₅(001)；由此则通过以下算式计算逆变器J1和J2各自两个零矢量的作用时长：当逆变器J1的调制电压矢量u₁位于第二扇区，即调制电压矢量u₁的方向角∈[π/6,π/2)，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₂(110)和V₃(010)；此时由于方向相反，逆变器J2的调制电压矢量u₂位于第五扇区，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₅(001)和V₆(101)；由此则通过以下算式计算逆变器J1和J2各自两个零矢量的作用时长：当逆变器J1的调制电压矢量u₁位于第三扇区，即调制电压矢量u₁的方向角∈[π/2,5π/6)，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₃(010)和V₄(011)；此时由于方向相反，逆变器J2的调制电压矢量u₂位于第六扇区，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₆(101)和V₁(100)；由此则通过以下算式计算逆变器J1和J2各自两个零矢量的作用时长：当逆变器J1的调制电压矢量u₁位于第四扇区，即调制电压矢量u₁的方向角∈[5π/6,7π/6)，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₄(011)和V₅(001)；此时由于方向相反，逆变器J2的调制电压矢量u₂位于第一扇区，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₁(100)和V₂(110)；由此则通过以下算式计算逆变器J1和J2各自两个零矢量的作用时长：当逆变器J1的调制电压矢量u₁位于第五扇区，即调制电压矢量u₁的方向角∈[7π/6,3π/2)，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₅(001)和V₆(101)；此时由于方向相反，逆变器J2的调制电压矢量u₂位于第二扇区，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₂(110)和V₃(010)；由此则通过以下算式计算逆变器J1和J2各自两个零矢量的作用时长：当逆变器J1的调制电压矢量u₁位于第六扇区，即调制电压矢量u₁的方向角∈[3π/2,11π/6)，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₆(101)和V₁(100)；此时由于方向相反，逆变器J2的调制电压矢量u₂位于第三扇区，该扇区对应的两个有效电压矢量分别为V₃(010)和V₄(011)；由此则通过以下算式计算逆变器J1和J2各自两个零矢量的作用时长：其中：T_s为逆变器J1或J2中功率开关器件的开关周期，T_{1_111}和T_{1_000}分别为逆变器J1对应零矢量V₀(111)和V₀(000)的作用时长，T_{2_111}和T_{2_000}分别为逆变器J2对应零矢量V₀(111)和V₀(000)的作用时长，T_{1_100}、T_{1_110}、T_{1_010}、T_{1_011}、T_{1_001}和T_{1_101}分别为逆变器J1对应有效电压矢量V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)和V₆(101)的作用时长，T_{2_100}、T_{2_110}、T_{2_010}、T_{2_011}、T_{2_001}和T_{2_101}分别为逆变器J2对应有效电压矢量V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)和V₆(101)的作用时长；(8)得到逆变器两个零矢量的作用时长后，利用Z源双逆变器协同空间矢量调制策略计算确定逆变器J1和J2三相上下桥臂功率开关器件的状态比较时间，进而使状态比较时间与PWM三角载波进行比较，生成逆变器J1和J2的三相开关信号并经驱动放大后对各自逆变器中的功率开关器件进行控制。