一种计及三次谐波反电势抑制共母线开绕组永磁电机系统零序电流的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种计及三次谐波反电势抑制共母线开 绕组永磁电机系统零序电流的控制方法。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，近年来受到世界各国的高度重视。永磁直驱式 风电机组以其可靠性高、结构简单、维护成本低、并网适应性强等优点，逐步成为风电系统 中的主流机型之一。
[0003] 传统的永磁同步风电系统结构如图1所示，其主要由风力发电机、机侧变流器以 及网侧变流器组成。系统由风轮带动永磁发电机的转子转动，从而实现机械能向电能的转 换，直流母线上并联直流母线电容，网侧变流器通过一组变压器将电能馈入电网。在将捕获 的风能以电能的形式馈入电网的过程中，只需要根据要求控制机侧变流器与网侧变流器上 的开关器件的导通关断，即可达到控制目的。
[0004] 近年来，有人提出开绕组电机结构，即将传统的Y接绕组中性点解开，绕组两端各 接一个变流器，通过对两个变流器的控制，可以实现三电平控制，提高了电机的电压等级， 并且减小了电压调制的谐波含量。由于开绕组结构下，使用了两组变流器，他们的直流侧连 接方式也直接对系统的运行性能产生影响。通常来讲，直流侧连接方式分为两种：不共直流 母线连接方式与共直流母线连接方式。不共直流母线结构如图2所示，该结构下，两个变流 器分别连接到两个隔离的直流电源，由于两直流电源隔离，系统中不存在零序电流回路，即 使电压中存在三次谐波，也不会产生零序电流，但是由于系统需要两个隔离的直流源，增加 了系统的复杂程度和成本。然而，当采用共直流母线连接方式时，如图3所示，主回路存在 零序电流回路。由于永磁电机中不可避免的存在反电势三次谐波，若不采用适当的控制方 法，系统中将会有零序电流流通，从而导致系统效率低下，轴承发热等问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种计及三次谐波反电势抑 制共母线开绕组永磁电机系统零序电流的控制方法，结构简单，成本低。
[0006] -种计及三次谐波反电势抑制共母线开绕组永磁电机系统零序电流的控制方法， 包括如下步骤：
[0007] (1)采集所述永磁电机系统的端电压、相电流、公共的直流母线电压Ud。、电机转速 ?以及转子位置角Q^
[0008] (2)利用所述的转子位置角0 ?相电流进行dqO坐标旋转变换，得到相电流的d 轴分量id、q轴分量iq和〇轴分量iz;
[0009] (3)根据所述的电机转速《以及相电流的d轴分量id，q轴分量iq和0轴分量iz， 计算出永磁电机系统的实际输出功率P、有功轴电压补偿量、无功轴电压补偿量Aud和 零序电压补偿量Auz;
[0010] (4)根据所述的实际输出功率P、有功轴电压补偿量Auq、无功轴电压补偿量Aud 和零序电压补偿量△uz，通过基于无功轴电流为零的矢量控制算法计算出有功轴电压指令 uq、无功轴电压指令ud以及零序电压指令uz;
[0011] (5)对所述的有功轴电压指令uq和无功轴电压指令ud进行分配，得到永磁电机系 统中两台变流器各自的调制电压矢量；
[0012] 对于任一台变流器，利用SVPWM(空间电压矢量调制）算法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矢量的作用时长；进而根据所述的零序电压指令uz和直 流母线电压Ud。，计算出该变流器两个零矢量的作用时长；
[0013] 根据所述的两个有效矢量及其对应的作用时长以及两个零矢量及其对应的作用 时长，构造得到一组PWM信号以对该变流器进行控制。
[0014] 所述的步骤（3)中根据以下算式计算永磁电机系统的实际输出功率P、有功轴电 压补偿量AUq、无功轴电压补偿量Aud和零序电压补偿量Auz;
[0015]
[0016]
[0017] 其中：1^和Lq分别为永磁电机的直轴电感和交轴电感，Wj?和W&分别为永磁电机 转子磁链的基波分量和三次谐波分量。
[0018] 所述的步骤（4)中基于无功轴电流为零的矢量控制算法，具体过程如下：
[0019] 4. 1使预设的目标输出功率PMf减去所述的实际输出功率P，得到功率误差P
[0020] 4. 2对所述的功率误差进行PI(比例积分）调节得到有功轴电流指令Iq，同时 令无功轴电流指令1<!和零序电流指令I2均为零；
[0021] 4. 3使无功轴电流指令Id、有功轴电流指令15和零序电流指令I2分别减去相电流 的d轴分量id、q轴分量ijP0轴分量iz，得到无功轴电流误差idOT、有功轴电流误差iqOT 和零序电流误差iZ6";
[0022] 4. 4分别对所述的有功轴电流误差iqe"和无功轴电流误差ide"进行PI调节得到 有功轴电压误差uqOT和无功轴电压误差udOT;使所述的有功轴电压补偿量Auq和无功轴电 压补偿量Aud分别减去有功轴电压误差u 和无功轴电压误差u ，即得到有功轴电压指 令Uq和无功轴电压指令ud;
[0023] 4. 5对所述的零序电流误差进行PR(比例谐振）调节得到零序电压误差11_; 使所述的零序电压补偿量△Uz减去零序电压误差u ，即得到零序电压指令uz。
[0024] 所述的步骤（5)中按照大小相同方向相反的原则对有功轴电压指令ujP无功轴 电压指令Ud进行分配，即U(Ud+Uqj)/%U2=-(Ud+Uqj)/^ ;其中，七和U2分别为两台变 流器各自的调制电压矢量，j为虚数单位。
[0025] 所述的步骤（5)中根据零序电压指令\和直流母线电压Ud。，通过以下规则计算出 变流器两个零矢量的作用时长：
[0026] 当其中一台变流器A1的调制电压矢量^位于第一扇区，该扇区对应的两个有效 矢量分别为1〇〇和110 ;此时，由于方向相反，另一台变流器A2的调制电压矢量112位于第四 扇区，该扇区对应的两个有效矢量分别为001和011 ;则通过以下算式计算出每台变流器两 个零矢量的作用时长：
[0032] 当其中一台变流器A1的调制电压矢量^位于第二扇区，该扇区对应的两个有效 矢量分别为110和010 ;此时，由于方向相反，另一台变流器A2的调制电压矢量112位于第五 扇区，该扇区对应的两个有效矢量分别为001和101 ;则通过以下算式计算出每台变流器两 个零矢量的作用时长：
[0038] 当其中一台变流器A1的调制电压矢量^位于第三扇区，该扇区对应的两个有效 矢量分别为010和011 ;此时，由于方向相反，另一台变流器A2的调制电压矢量112位于第六 扇区，该扇区对应的两个有效矢量分别为100和101 ;则通过以下算式计算出每台变流器两 个零矢量的作用时长：
[0044] 当其中一台变流器A1的调制电压矢量^位于第四扇区，该扇区对应的两个有效 矢量分别为001和oil;此时，由于方向相反，另一台变流器A2的调制电压矢量112位于第一 扇区，该扇区对应的两个有效矢量分别为100和110 ;则通过以下算式计算出每台变流器两 个零矢量的作用时长：
[0050] 当其中一台变流器A1的调制电压矢量^位于第五扇区，该扇区对应的两个有效 矢量分别为001和101 ;此时，由于方向相反，另一台变流器A2的调制电压矢量112位于第二 扇区，该扇区对应的两个有效矢量分别为110和010;则通过以下算式计算出每台变流器两 个零矢量的作用时长：
[0056] 当其中一台变流器A1的调制电压矢量^位于第六扇区，该扇区对应的两个有效 矢量分别为101和1〇〇 ;此时，由于方向相反，另一台变流器A2的调制电压矢量112位于第三 扇区，该扇区对应的两个有效矢量分别为010和011 ;则通过以下算式计算出每台变流器两 个零矢量的作用时长：
[0062] 其中：Ts为变流器中功率开关器件的开关周期，Tim和Ti_分别为变流器A1两个 零矢量111和〇〇〇对应的作用时长，T2111和T2 _分别为变流器A2两个零矢量111和000 对应的作用时长，1(11和Ti_分别为变流器A1六个有效矢量100、 011、1