电网电压不对称故障下直驱永磁机谐波抑制优化方法

申请号 CN201710875809.2 申请日 2017-09-25 公开(公告)号 CN107453363A 公开(公告)日 2017-12-08
申请人 湖南大学; 发明人 高剑; 黄守道; 李良涛; 李慧敏; 罗德荣;
摘要 本 发明 公开了一种 电网 电压 不对称故障下直驱永磁 风 机谐波抑制优化方法,实施步骤包括:根据 电机 侧abc三相 电流 获取abc三相静止电压;根据电机侧abc 三相电流 提取5、7次谐波电流并进行谐波电流抑制后获取abc三相补偿电压;将abc三相静止电压和abc三相补偿电压相加得到控制 信号 ;将 控制信号 通过SVPWM调制得到PWM波,通过该PWM波控制直驱永磁风机的逆变器 开关 从而驱动直驱永磁风机的永磁 同步发电机 PMSG。本发明通过提取5、7次谐波电流并进行谐波电流抑制后获取abc三相补偿电压来补偿abc三相静止电压以生成控制信号,能够抵消不对称故障时电机电流中的谐波分量,从而大大降低直流 母线 电压对机侧变流器的影响,改善电机电流 波形 ,起到很好的谐波抑制效果。
权利要求

1.一种电网电压不对称故障下直驱永磁机谐波抑制优化方法,其特征在于实施步骤包括:
1)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc通过PI-R谐振控制器进行比例积分谐振控制获取abc三相静止电压vsa,vsb,vsc;
2)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc提取5、7次谐波电流并进行谐波电流抑制后获取abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom;
3)将abc三相静止电压vsa,vsb,vsc和abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom相加得到控制信号
4)将控制信号通过SVPWM调制得到PWM波,通过该PWM波控制直驱永磁风机的逆变器开关从而驱动直驱永磁风机的永磁同步发电机PMSG。
2.根据权利要求1所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤1)的详细步骤包括:
1.1)将电机侧abc三相电流isa,isb,isc经过abc/dq变换得到的d轴电流isd和q轴电流isq;
1.2)将d轴电流isd和d轴给定电流isdref做差后输入PI-R谐振控制器、再与d解耦电压Δusd相加得到d轴电压vsd,将q轴电流isq和q轴给定电流isqref做差后输入PI-R谐振控制器、再与q解耦电压Δusq相加得到q轴电压vsq;
1.3)将d轴电压vsd、q轴电压vsq经过dq/abc变换后得到abc三相静止电压vsa,vsb,vsc。
3.根据权利要求2所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤1.2)中d解耦电压Δusd的计算函数表达式如式(1)所示;q解耦电压Δusq的计算函数表达式如式(2)所示;
Δusd=-ωeLqisq   (1)
Δusq=ωeLqisd+ωeψm  (2)
式(1)和式(2)中,Δusd为d解耦电压,Δusq为q解耦电压,ωe为电速度,Lq为q轴电感,isq为q轴电流,isd为d轴电流,ψm为永磁体磁链。
4.根据权利要求2所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤1.2)中的PI-R谐振控制器为准比例积分谐振控制器。
5.根据权利要求4所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,所述准比例积分谐振控制器的传递函数如式(3)所示;
式(3)中,G(s)为传递函数,Kp为比例参数,Ki为积分参数,s为拉普拉斯算子,ω为谐振频率,ωc为准比例积分谐振控制器的截止频率。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤2)的详细步骤包括:
2.1)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc提取dq旋转坐标系下的5次和7次谐波电流;
2.2)对dq旋转坐标系下的5次和7次谐波电流进行电流抑制,分别得到dq同步旋转坐标系下的5次和7次谐波稳态电压;
2.3)将dq同步旋转坐标系下的5次和7次谐波稳态电压通过dq/abc变换,得到abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom。
7.根据权利要求6所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤2.1)的详细步骤包括:将电机侧abc三相电流isa,isb,isc基于-5θ进行abc/dq坐标变换后分别通过低通滤波器LPF进行低通滤波得到dq旋转坐标系下的5次谐波电流d轴分量id5和q轴分量iq5,将电机侧abc三相电流isa,isb,isc基于-7θ进行abc/dq坐标变换后分别通过低通滤波器LPF进行低通滤波得到dq旋转坐标系下的7次谐波电流d轴分量id7和q轴分量iq7,其中θ为通过编码器得到的角度。
8.根据权利要求7所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,所述abc/dq坐标变换的变换矩阵如式(4)所示;
式(4)中,T3s/2r为abc/dq坐标变换的变换矩阵,θe为当前旋转坐标系的角度。
9.根据权利要求6所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤2.2)的详细步骤包括:
2.2.1)将dq旋转坐标系下的5次谐波电流的d轴分量id5和给定的值为0的5次谐波电流的d轴分量 做差得到5次谐波电流d轴差值Δid5、将dq旋转坐标系下的5次谐波电流的q轴分量iq5和给定的值为0的5次谐波电流的q轴分量 做差得到5次谐波电流q轴差值Δiq5;将dq旋转坐标系下的7次谐波电流的d轴分量id7和给定的值为0的7次谐波电流的d轴分量做差得到7次谐波电流d轴差值Δid7、将dq旋转坐标系下的7次谐波电流的q轴分量iq7和给定的值为0的7次谐波电流的q轴分量 做差得到7次谐波电流q轴差值Δiq7;
2.2.2)将5次谐波电流d轴差值Δid5、5次谐波电流q轴差值Δiq5根据式(5)所示的dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程得到补偿的5次dq谐波电压d轴分量u′d5和补偿的5次dq谐波电压q轴分量u′q5;将7次谐波电流d轴差值Δid7、7次谐波电流q轴差值Δiq7根据式(6)所示的dq旋转坐标下7次谐波稳态电压方程得到补偿的7次dq谐波电压d轴分量u′d7和补偿的7次dq谐波电压q轴分量u′q7;
式(5)和式(6)中,u′d5为补偿的5次dq谐波电压d轴分量,u′q5为补偿的5次dq谐波电压q轴分量,Lq为q轴电感,Ld为d轴电感,Δiq5为5次谐波电流q轴差值,Δid5为5次谐波电流d轴差值,R为定子电阻;u′d7补偿的7次dq谐波电压d轴分量,u′q7补偿的7次dq谐波电压q轴分量,Δid7为7次谐波电流d轴差值、Δiq7为7次谐波电流q轴差值,w为角速度;
2.2.3)根据式(7)所示5次谐波dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程计算5次dq轴稳态电压d轴分量u*d5和5次dq轴稳态电压q轴分量u*q5,根据式(8)所示7次谐波dq旋转坐标下7次谐波稳态电压方程计算7次dq轴稳态电压d轴分量u*d7和7次dq轴稳态电压q轴分量u*q7;
式(7)和式(8)中,u*d5为5次dq轴稳态电压d轴分量,u*q5为5次dq轴稳态电压q轴分量,Lq为q轴电感,Ld为d轴电感,id5为dq旋转坐标系下的5次谐波电流的d轴分量,iq5为dq旋转坐标系下的5次谐波电流的q轴分量,R为定子电阻;u*d7为7次dq轴稳态电压d轴分量,u*q7为7次dq轴稳态电压q轴分量,id7为dq旋转坐标系下的7次谐波电流的d轴分量,iq7为dq旋转坐标系下的7次谐波电流的q轴分量,w为角速度;
2.2.4)将补偿的5次dq谐波电压d轴分量u′d5和5次dq轴稳态电压d轴分量u*d5相加得到最终的5次dq轴谐波电压d轴分量ud5,将补偿的5次dq谐波电压q轴分量u′q5和5次dq轴稳态电压q轴分量u*q5相加得到最终的5次dq轴谐波电压q轴分量uq5,最终的5次dq轴谐波电压d轴分量ud5和5次dq轴谐波电压q轴分量uq5构成控制5次谐波电流为0的dq同步旋转坐标系下的
5次谐波稳态电压;将补偿的7次dq谐波电压d轴分量u′d7和7次dq轴稳态电压d轴分量u*d7相加得到最终的7次dq轴谐波电压d轴分量ud7,将补偿的7次dq谐波电压q轴分量u′q7和7次dq轴稳态电压q轴分量u*q7相加得到最终的7次dq轴谐波电压q轴分量uq7,最终的7次dq轴谐波电压d轴分量ud7和7次dq轴谐波电压q轴分量uq7构成控制7次谐波电流为0的dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压。
10.根据权利要求6所述的电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于,步骤2.3)的详细步骤包括:
2.3.1)将dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压基于-5θ进行dq/abc坐标变换得到abc三相5次谐波电压ua5,ub5,uc5,将dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压基于-7θ进行dq/abc坐标变换得到abc三相7次谐波电压ua7,ub7,uc7,其中θ为通过编码器得到的角度;
2.3.2)将abc三相5次谐波电压ua5,ub5,uc5和abc三相7次谐波电压ua7,ub7,uc7分别按相求和差得到abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom。

说明书全文

电网电压不对称故障下直驱永磁机谐波抑制优化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发电的直驱永磁风机技术,具体涉及一种电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法。

背景技术

[0002] 随着直驱永磁风机容量的增加,电网发生不对称故障时以及其他因素产生的高次谐波对电网的冲击也越来越严重,很小的不平衡电压将造成网侧电流的高度不平衡与畸变,进而导致直流侧母线电压发生振荡,间接的影响到机侧变流器的控制,引起永磁同步电机电磁转矩产生脉动,从而导致整个发电机组的输出功率发生振荡。
[0003] 已有直驱永磁风机在不对称故障下谐波抑制控制策略的缺点如下:(1)在不对称故障发生时,对电网电流进行正负序分解,分别在正序与负序两个同步坐标系下分别对电流控制,虽能消除不对称故障下直流母线电压波动,但由于对正负序进行分解,将在电流环产生延时和误差,降低系统反应速度,结构复杂,在线运算量大。(2)发生不对称故障时,直驱风电系统会产生大量谐波,这些谐波轻则影响电机发电效率和发热,重则导致电机损坏,由于产生谐波的因素也有较多,并且谐波含量随电机工作点不同而变化,传统的依据谐波产生因素单个补偿的方式比较复杂,对谐波电流抑制效果不够理想。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题:针对现有技术的上述问题,提供一种电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,本发明通过提取5、7次谐波电流并进行谐波电流抑制后获取abc三相补偿电压来补偿abc三相静止电压以生成控制信号,能够抵消不对称故障时电机电流中的谐波分量,从而大大降低直流母线电压对机侧变流器的影响,改善电机电流波形,起到很好的谐波抑制效果。
[0005] 为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
[0006] 一种电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法,其特征在于实施步骤包括:
[0007] 1)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc通过PI-R谐振控制器进行比例积分谐振控制获取abc三相静止电压vsa,vsb,vsc;
[0008] 2)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc提取5、7次谐波电流并进行谐波电流抑制后获取abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom;
[0009] 3)将abc三相静止电压vsa,vsb,vsc和abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom相加得到控制信号
[0010] 4)将控制信号通过SVPWM调制得到PWM波,通过该PWM波控制直驱永磁风机的逆变器开关从而驱动直驱永磁风机的永磁同步发电机PMSG。
[0011] 优选地,步骤1)的详细步骤包括:
[0012] 1.1)将电机侧abc三相电流isa,isb,isc经过abc/dq变换得到的d轴电流isd和q轴电流isq;
[0013] 1.2)将d轴电流isd和d轴给定电流isdref做差后输入PI-R谐振控制器、再与d解耦电压△usd相加得到d轴电压vsd,将q轴电流isq和q轴给定电流isqref做差后输入PI-R谐振控制器、再与q解耦电压△usq相加得到q轴电压vsq;
[0014] 1.3)将d轴电压vsd、q轴电压vsq经过dq/abc变换后得到abc三相静止电压vsa,vsb,vsc。
[0015] 优选地,步骤1.2)中d解耦电压△usd的计算函数表达式如式(1)所示;q解耦电压△usq的计算函数表达式如式(2)所示;
[0016] △usd=-ωeLqisq  (1)
[0017] △usq=ωeLqisd+ωeψm  (2)
[0018] 式(1)和式(2)中,△usd为d解耦电压,△usq为q解耦电压,ωe为电速度,Lq为q轴电感,isq为q轴电流,isd为d轴电流,ψm为永磁体磁链。
[0019] 优选地,步骤1.2)中的PI-R谐振控制器为准比例积分谐振控制器。
[0020] 优选地,所述准比例积分谐振控制器的传递函数如式(3)所示;
[0021]
[0022] 式(3)中,G(s)为传递函数,Kp为比例参数,Ki为积分参数,s为拉普拉斯算子,ω为谐振频率,ωc为准比例积分谐振控制器的截止频率。
[0023] 优选地,步骤2)的详细步骤包括:
[0024] 2.1)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc提取dq旋转坐标系下的5次和7次谐波电流;
[0025] 2.2)对dq旋转坐标系下的5次和7次谐波电流进行电流抑制,分别得到dq同步旋转坐标系下的5次和7次谐波稳态电压;
[0026] 2.3)将dq同步旋转坐标系下的5次和7次谐波稳态电压通过dq/abc变换,得到abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom。
[0027] 优选地,步骤2.1)的详细步骤包括:将电机侧abc三相电流isa,isb,isc基于-5θ进行abc/dq坐标变换后分别通过低通滤波器LPF进行低通滤波得到dq旋转坐标系下的5次谐波电流d轴分量id5和q轴分量iq5,将电机侧abc三相电流isa,isb,isc基于-7θ进行abc/dq坐标变换后分别通过低通滤波器LPF进行低通滤波得到dq旋转坐标系下的7次谐波电流d轴分量id7和q轴分量iq7,其中θ为通过编码器得到的角度。
[0028] 优选地,所述abc/dq坐标变换的变换矩阵如式(4)所示;
[0029]
[0030] 式(4)中,T3s/2r为abc/dq坐标变换的变换矩阵,θe为当前旋转坐标系的角度。
[0031] 优选地,步骤2.2)的详细步骤包括:
[0032] 2.2.1)将dq旋转坐标系下的5次谐波电流的d轴分量id5和给定的值为0的5次谐波电流的d轴分量 做差得到5次谐波电流d轴差值△id5、将dq旋转坐标系下的5次谐波电流的q轴分量iq5和给定的值为0的5次谐波电流的q轴分量 做差得到5次谐波电流q轴差值△iq5;将dq旋转坐标系下的7次谐波电流的d轴分量id7和给定的值为0的7次谐波电流的d轴分量 做差得到7次谐波电流d轴差值△id7、将dq旋转坐标系下的7次谐波电流的q轴分量iq7和给定的值为0的7次谐波电流的q轴分量 做差得到7次谐波电流q轴差值△iq7;
[0033] 2.2.2)将5次谐波电流d轴差值△id5、5次谐波电流q轴差值△iq5根据式(5)所示的dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程得到补偿的5次dq谐波电压d轴分量u′d5和补偿的5次dq谐波电压q轴分量u′q5;将7次谐波电流d轴差值△id7、7次谐波电流q轴差值△iq7根据式(6)所示的dq旋转坐标下7次谐波稳态电压方程得到补偿的7次dq谐波电压d轴分量u′d7和补偿的7次dq谐波电压q轴分量u′q7;
[0034]
[0035]
[0036] 式(5)和式(6)中,u′d5为补偿的5次dq谐波电压d轴分量,u′q5为补偿的5次dq谐波电压q轴分量,Lq为q轴电感,Ld为d轴电感,△iq5为5次谐波电流q轴差值,△id5为5次谐波电流d轴差值,R为定子电阻;u′d7补偿的7次dq谐波电压d轴分量,u′q7补偿的7次dq谐波电压q轴分量,△id7为7次谐波电流d轴差值、△iq7为7次谐波电流q轴差值,w为角速度;
[0037] 2.2.3)根据式(7)所示5次谐波dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程计算5次dq轴稳态电压d轴分量u*d5和5次dq轴稳态电压q轴分量u*q5,根据式(8)所示7次谐波dq旋转坐标下7次谐波稳态电压方程计算7次dq轴稳态电压d轴分量u*d7和7次dq轴稳态电压q轴分量u*q7;
[0038]
[0039]
[0040] 式(7)和式(8)中,u*d5为5次dq轴稳态电压d轴分量,u*q5为5次dq轴稳态电压q轴分量,Lq为q轴电感,Ld为d轴电感,id5为dq旋转坐标系下的5次谐波电流的d轴分量,iq5为dq旋转坐标系下的5次谐波电流的q轴分量,R为定子电阻;u*d7为7次dq轴稳态电压d轴分量,u*q7为7次dq轴稳态电压q轴分量,id7为dq旋转坐标系下的7次谐波电流的d轴分量,iq7为dq旋转坐标系下的7次谐波电流的q轴分量,w为角速度;
[0041] 2.2.4)将补偿的5次dq谐波电压d轴分量u′d5和5次dq轴稳态电压d轴分量u*d5相加得到最终的5次dq轴谐波电压d轴分量ud5,将补偿的5次dq谐波电压q轴分量u′q5和5次dq轴稳态电压q轴分量u*q5相加得到最终的5次dq轴谐波电压q轴分量uq5,最终的5次dq轴谐波电压d轴分量ud5和5次dq轴谐波电压q轴分量uq5构成控制5次谐波电流为0的dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压;将补偿的7次dq谐波电压d轴分量u′d7和7次dq轴稳态电压d轴分量*ud7相加得到最终的7次dq轴谐波电压d轴分量ud7,将补偿的7次dq谐波电压q轴分量u′q7和7次dq轴稳态电压q轴分量u*q7相加得到最终的7次dq轴谐波电压q轴分量uq7,最终的7次dq轴谐波电压d轴分量ud7和7次dq轴谐波电压q轴分量uq7构成控制7次谐波电流为0的dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压。
[0042] 优选地,步骤2.3)的详细步骤包括:
[0043] 2.3.1)将dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压基于-5θ进行dq/abc坐标变换得到abc三相5次谐波电压ua5,ub5,uc5,将dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压基于-7θ进行dq/abc坐标变换得到abc三相7次谐波电压ua7,ub7,uc7,其中θ为通过编码器得到的角度;
[0044] 2.3.2)将abc三相5次谐波电压ua5,ub5,uc5和abc三相7次谐波电压ua7,ub7,uc7分别按相求和差得到abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom。
[0045] 本发明电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法具有下述优点:
[0046] 1、在不对称故障发生时,对电网电流进行正负序分解,分别在正序与负序两个同步坐标系下分别对电流控制,虽能消除不对称故障下直流母线电压波动,但由于对正负序进行分解,将在电流环产生延时和误差,降低系统反应速度,结构复杂,在线运算量大。本发明电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法利用比例积分谐振控制器对交流信号稳态无差控制能力,将其应用于直驱永磁同步发电机(PMSG)机侧变流器的电流环控制,抑制不对称故障引起的母线电压波动。
[0047] 2、发生不对称故障时,直驱风电系统会产生大量谐波,这些谐波轻则影响电机发电效率和发热,重则导致电机损坏,由于产生谐波的因素也有较多,并且谐波含量随电机工作点不同而变化,传统的依据谐波产生因素单个补偿的方式比较复杂,对谐波电流抑制效果不够理想。本发明电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法以抑制电机电流中含量较大的5、7次谐波分量为目的,实时提取谐波电流,注入谐波电压来抵消电机运行时电机电流中的谐波,通过抑制5、7次谐波电流,从而抑制电机电磁转矩脉动和转速波动。附图说明
[0048] 图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
[0049] 图2为本发明实施例方法的控制原理示意图。
[0050] 图3为本发明实施例中5、7次谐波电流提取原理示意图。
[0051] 图4为本发明实施例中5次谐波电流抑制原理示意图。
[0052] 图5为本发明实施例中7次谐波电流抑制原理示意图。
[0053] 图6为本发明实施例中5、7次谐波电压dq/abc变换原理示意图。

具体实施方式

[0054] 如图1和图2所示,本实施例电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法的实施步骤包括:
[0055] 1)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc通过PI-R谐振控制器进行比例积分谐振控制获取abc三相静止电压vsa,vsb,vsc;
[0056] 2)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc提取5、7次谐波电流并进行谐波电流抑制后获取abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom;
[0057] 3)将abc三相静止电压vsa,vsb,vsc和abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom相加得到控制信号;
[0058] 4)将控制信号通过SVPWM调制得到PWM波,通过该PWM波控制直驱永磁风机的逆变器开关从而驱动直驱永磁风机的永磁同步发电机PMSG。
[0059] 如图2所示,步骤1)的详细步骤包括:
[0060] 1.1)将电机侧abc三相电流isa,isb,isc经过abc/dq变换得到的d轴电流isd和q轴电流isq;
[0061] 1.2)将d轴电流isd和d轴给定电流isdref做差后输入PI-R谐振控制器、再与d解耦电压△usd相加得到d轴电压vsd,将q轴电流isq和q轴给定电流isqref做差后输入PI-R谐振控制器、再与q解耦电压△usq相加得到q轴电压vsq;
[0062] 1.3)将d轴电压vsd、q轴电压vsq经过dq/abc变换后得到abc三相静止电压vsa,vsb,vsc。
[0063] 本实施例中,步骤1.2)中d解耦电压△usd的计算函数表达式如式(1)所示;q解耦电压△usq的计算函数表达式如式(2)所示;
[0064] △usd=-ωeLqisq  (1)
[0065] △usq=ωeLqisd+ωeψm  (2)
[0066] 式(1)和式(2)中,△usd为d解耦电压,△usq为q解耦电压,ωe为电角速度,Lq为q轴电感,isq为q轴电流,isd为d轴电流,ψm为永磁体磁链。
[0067] 传统PI控制器在同步旋转坐标系下,能有效实现直流信号稳态无差控制,其中积分信号用于消除系统稳态误差。当需要对交流信号进行控制时,采用PI控制会产生跟踪误差,而PI-R谐振控制器可以在直流信号时,PI起作用,在对交流信号控制时,谐振(R)控制器可以进行无差控制。
[0068] 理想PI-R谐振控制器的传递函数为:
[0069]
[0070] 上式中,G(s)为传递函数,Kp为比例参数,Ki为积分参数,s为拉普拉斯算子,ω为谐振频率。但是在实际应用中,由于理想谐振控制器存在系统稳定性问题,对信号频率变化非常敏感,因此本实施例步骤1.2)中的PI-R谐振控制器为准比例积分谐振控制器。
[0071] 本实施例中,准比例积分谐振控制器的传递函数如式(3)所示;
[0072]
[0073] 式(3)中,G(s)为传递函数,Kp为比例参数,Ki为积分参数,s为拉普拉斯算子,ω为谐振频率,ωc为准比例积分谐振控制器的截止频率。在实践中,可以根据需要通过并联多个PI-R谐振控制器来抑制系统中幅值较大的高次谐波,5、7次谐波抑制算法在下文有详细介绍,谐振频率ω可以取9,11,13等倍频的基波频率以抑制相应高次谐波。
[0074] 如图1和图2所示,步骤2)的详细步骤包括:
[0075] 2.1)根据电机侧abc三相电流isa,isb,isc提取dq旋转坐标系下的5次和7次谐波电流;
[0076] 2.2)对dq旋转坐标系下的5次和7次谐波电流进行电流抑制,分别得到dq同步旋转坐标系下的5次和7次谐波稳态电压;
[0077] 2.3)将dq同步旋转坐标系下的5次和7次谐波稳态电压通过dq/abc变换,得到abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom。
[0078] 根据abc/dq坐标变换的原理,与dq同步旋转轴系旋转方向一致,速度相同的频率分量在dq轴系下为直流分量,则在5次谐波dq同步旋转坐标轴系下,5次谐波分量为直流分量,基波和其他各次谐波分量均为交流分量。同理,在7次谐波dq同步旋转坐标轴系下,7次谐波分量为直流分量,故分别在5、7次dq旋转坐标系下,再通过低通滤波器即可将5/7次谐波提取出来。如图3所示,步骤2.1)的详细步骤包括:将电机侧abc三相电流isa,isb,isc基于-5θ进行abc/dq坐标变换后分别通过低通滤波器LPF进行低通滤波得到dq旋转坐标系下的5次谐波电流d轴分量id5和q轴分量iq5,将电机侧abc三相电流isa,isb,isc基于-7θ进行abc/dq坐标变换后分别通过低通滤波器LPF进行低通滤波得到dq旋转坐标系下的7次谐波电流d轴分量id7和q轴分量iq7,其中θ为通过编码器得到永磁同步电机的角度。
[0079] 本实施例中,abc/dq坐标变换的变换矩阵如式(4)所示;
[0080]
[0081] 式(4)中,T3s/2r为abc/dq坐标变换的变换矩阵,θe为当前旋转坐标系的角度。
[0082] 如图4和图5所示,步骤2.2)的详细步骤包括:
[0083] 2.2.1)将dq旋转坐标系下的5次谐波电流的d轴分量id5和给定的值为0的5次谐波电流的d轴分量 做差得到5次谐波电流d轴差值△id5、将dq旋转坐标系下的5次谐波电流的q轴分量iq5和给定的值为0的5次谐波电流的q轴分量 做差得到5次谐波电流q轴差值△iq5;将dq旋转坐标系下的7次谐波电流的d轴分量id7和给定的值为0的7次谐波电流的d轴分量 做差得到7次谐波电流d轴差值△id7、将dq旋转坐标系下的7次谐波电流的q轴分量iq7和给定的值为0的7次谐波电流的q轴分量 做差得到7次谐波电流q轴差值△iq7;
[0084] 2.2.2)将5次谐波电流d轴差值△id5、5次谐波电流q轴差值△iq5根据式(5)所示的dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程得到补偿的5次dq谐波电压d轴分量u′d5和补偿的5次dq谐波电压q轴分量u′q5;将7次谐波电流d轴差值△id7、7次谐波电流q轴差值△iq7根据式(6)所示的dq旋转坐标下7次谐波稳态电压方程得到补偿的7次dq谐波电压d轴分量u′d7和补偿的7次dq谐波电压q轴分量u′q7;
[0085]
[0086]
[0087] 式(5)和式(6)中,u′d5为补偿的5次dq谐波电压d轴分量,u′q5为补偿的5次dq谐波电压q轴分量,Lq为q轴电感,Ld为d轴电感,△iq5为5次谐波电流q轴差值,△id5为5次谐波电流d轴差值,R为定子电阻;u′d7补偿的7次dq谐波电压d轴分量,u′q7补偿的7次dq谐波电压q轴分量,△id7为7次谐波电流d轴差值、△iq7为7次谐波电流q轴差值,w为角速度;
[0088] 2.2.3)根据式(7)所示5次谐波dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程计算5次dq轴稳态电压d轴分量u*d5和5次dq轴稳态电压q轴分量u*q5,根据式(8)所示7次谐波dq旋转坐标下7次谐波稳态电压方程计算7次dq轴稳态电压d轴分量u*d7和7次dq轴稳态电压q轴分量u*q7;
[0089]
[0090]
[0091] 式(7)和式(8)中,u*d5为5次dq轴稳态电压d轴分量,u*q5为5次dq轴稳态电压q轴分量,Lq为q轴电感,Ld为d轴电感,id5为dq旋转坐标系下的5次谐波电流的d轴分量,iq5为dq旋转坐标系下的5次谐波电流的q轴分量,R为定子电阻;u*d7为7次dq轴稳态电压d轴分量,u*q7为7次dq轴稳态电压q轴分量,id7为dq旋转坐标系下的7次谐波电流的d轴分量,iq7为dq旋转坐标系下的7次谐波电流的q轴分量,w为角速度;
[0092] 2.2.4)将补偿的5次dq谐波电压d轴分量u′d5和5次dq轴稳态电压d轴分量u*d5相加得到最终的5次dq轴谐波电压d轴分量ud5,将补偿的5次dq谐波电压q轴分量u′q5和5次dq轴稳态电压q轴分量u*q5相加得到最终的5次dq轴谐波电压q轴分量uq5,最终的5次dq轴谐波电压d轴分量ud5和5次dq轴谐波电压q轴分量uq5构成控制5次谐波电流为0的dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压;将补偿的7次dq谐波电压d轴分量u′d7和7次dq轴稳态电压d轴分量u*d7相加得到最终的7次dq轴谐波电压d轴分量ud7,将补偿的7次dq谐波电压q轴分量u′q7和7次dq轴稳态电压q轴分量u*q7相加得到最终的7次dq轴谐波电压q轴分量uq7,最终的7次dq轴谐波电压d轴分量ud7和7次dq轴谐波电压q轴分量uq7构成控制7次谐波电流为0的dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压。
[0093] 由于基波和7次谐波在5次谐波dq旋转坐标系下均为交流分量,从而PMSG电压方程含有交流量的各项可舍去,得到5次谐波dq旋转坐标下5次谐波稳态电压方程如式(7)所示。5次谐波电流抑制算法框图如图4所示,令5次谐波dq轴电流给定 将5次电流给定值与反馈值的差值△id5,△iq5代入5次谐波稳态电压方程得到补偿的5次dq谐波电压分量u′d5,u′q5,分别与带有交叉乘积项的PI环节输出的电压相加后得到最终的5次dq轴谐波电压分量ud5,uq5,这样可以控制5次谐波电流为0,起到抑制5次谐波电流的作用。同理可得7次谐波dq同步旋转坐标轴系下,得到在7次谐波dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压方程如式(8)所示,7次谐波电流抑制算法框图如图5所示,令7次谐波dq轴电流给定将7次dq轴电流给定值与反馈值的差值△id7,△iq7代入7次谐波电压方程得到补偿的7次dq谐波电压分量u′d7,u′q7,分别与带有交叉乘积项的PI环节输出的电压相加后得到最终的7次dq轴谐波电压分量ud7,uq7,控制7次谐波电流为0,从而抑制7次谐波电流。
[0094] 如图6所示,步骤2.3)的详细步骤包括:
[0095] 2.3.1)将dq同步旋转坐标系下的5次谐波稳态电压基于-5θ进行dq/abc坐标变换得到abc三相5次谐波电压ua5,ub5,uc5,将dq同步旋转坐标系下的7次谐波稳态电压基于-7θ进行dq/abc坐标变换得到abc三相7次谐波电压ua7,ub7,uc7,其中θ为通过编码器得到的角度;
[0096] 2.3.2)将abc三相5次谐波电压ua5,ub5,uc5和abc三相7次谐波电压ua7,ub7,uc7分别按相求和差得到abc三相补偿电压uacom,ubcom,uccom。
[0097] 综上,本实施例电网电压不对称故障下直驱永磁风机谐波抑制优化方法采用注入谐波电压与比例积分谐振(PI-R)控制器相结合的方式应用于机侧变流器控制,能够抵消不对称故障时电机电流中的谐波分量,从而大大降低直流母线电压对机侧变流器的影响,改善电机电流波形,起到很好的谐波抑制效果。
[0098] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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