專利名稱：基于igct五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大功率變頻交流調(diào)速領(lǐng)域，特別地，涉及一種基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其中，基于IGCT的五電平逆變器，結(jié)合矢量控制技術(shù)實現(xiàn)對管線壓縮機雙繞組大功率電機防爆電力驅(qū)動系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
普通兩電平變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，為了獲得大功率，一般依靠開關(guān)器件串聯(lián)以承受高壓，將開關(guān)器件并聯(lián)以承受大電流。但由于功率器件參數(shù)的離散型，將帶來靜、動態(tài)均壓和均流等一系列問題。技術(shù)上的不確定因素影響很大，可靠性不高，而且輸出只有兩電平，電壓波動大，產(chǎn)生較大諧波。因此這種變頻器結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍非常有限。在高壓大功率變頻領(lǐng)域，針對兩電平變頻器的不足，須采用五電平、七電平甚至更多電平來提高輸出電壓。五電平具有低壓器件輸出高電壓等級、輸出波形諧波含量少、開關(guān)器件開關(guān)頻率低、開關(guān)損耗小等優(yōu)點。采用磁鏈、轉(zhuǎn)速、電流閉環(huán)的直接矢量控制系統(tǒng)在獲得高性能調(diào)速策略的同時，還可以提高電機定子電流的正弦度，獲得高性能的調(diào)速系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其有效的解決了雙繞組大功率電機防爆電力驅(qū)動系統(tǒng)的控制問題，采用矢量控制得到高性能的調(diào)速策略，采用五電平結(jié)構(gòu)在低壓器件實現(xiàn)高電壓等級的同時降低了電壓、電流的諧波含量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:步驟一、設(shè)定轉(zhuǎn)速和磁鏈的給定值，經(jīng)轉(zhuǎn)速和磁鏈的PI調(diào)節(jié)器計算出同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d、q軸電流給定值；步驟二、由d、q軸電流給定值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計算出d、q軸電壓給定值，進而得到參考電壓矢量的幅值，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量；步驟三、根據(jù)給定的旋轉(zhuǎn)參考電壓矢量，采用五電平空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法，得到雙繞組電機所需的六相電壓；步驟四、經(jīng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速檢查模塊得到所需的電壓、電流和轉(zhuǎn)速信息，經(jīng)磁鏈觀察得到磁鏈、旋轉(zhuǎn)角度信息。根據(jù)上述的基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其中，所述系統(tǒng)中，兩個五電平逆變器共用一個直流母線電壓。根據(jù)上述的基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其中，所述系統(tǒng)采用雙d、q電流控制。因此，本發(fā)明的基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法具有以下有益的技術(shù)效果:(I)五電平的拓撲結(jié)構(gòu)使逆變器輸出的電壓、電流諧波含量相對于兩電平、三電平大大減少，且諧波次數(shù)增大；(2)矢量控制可以獲得高性能的調(diào)速系統(tǒng)，基于雙d、q的電流控制策略可以分別控制電機的兩套繞組，從而避免繞組參數(shù)不一致帶來的兩套繞組電流不平衡問題；(3)雙繞組電機可以運行在全速、全載，全速、半載和半速、半載等模式，提高了調(diào)速系統(tǒng)的可靠性等。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的磁鏈調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)為本發(fā)明的轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(b)為本發(fā)明的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的雙d、q電流控制的電路圖；圖6為本發(fā)明的五電平逆變器主回路的的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。本發(fā)明基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)如圖1所示，其控制方法的具體步驟如下:步驟一、設(shè)定轉(zhuǎn)速和磁鏈的給定值，經(jīng)轉(zhuǎn)速和磁鏈的PI調(diào)節(jié)器計算出同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d、q軸電流給定值；步驟二、由d、q軸電流給定值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計算出d、q軸電壓給定值，進而得到參考電壓矢量的幅值，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量；步驟三、根據(jù)給定的旋轉(zhuǎn)參考電壓矢量，采用五電平空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM),得到雙繞組電機所需的六相電壓；步驟四、經(jīng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速檢查模塊得到所需的電壓、電流和轉(zhuǎn)速信息，經(jīng)磁鏈觀察得到磁鏈、旋轉(zhuǎn)角度信息。磁鏈、轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器須根據(jù)系統(tǒng)要求整定成典型系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)定PI調(diào)節(jié)器的限幅值。在本發(fā)明中，采用雙d、q電流控制，雖然增加了 PI調(diào)節(jié)器的數(shù)目，但可以分別控制雙繞組電機的兩套繞組，可以避免因繞組參數(shù)不一致造成的電流、電壓不平衡問題。本發(fā)明采用兩個五電平逆變器共用一個直流母線電壓，可以避免器件級聯(lián)帶來的回流問題。另外采用SVPWM控制算法，可以在提高直流母線電壓利用率的同時，減少逆變器輸出電壓、電流的諧波。由系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)可得，實現(xiàn)該控制系統(tǒng)的具體步驟如下:1、電機模型推導(dǎo)
采用坐標(biāo)變換和轉(zhuǎn)子磁場定向理論得到雙繞組電機在d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓、轉(zhuǎn)矩、磁鏈和運動方程如式(I)-式⑷所示。
權(quán)利要求
1.基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、設(shè)定轉(zhuǎn)速和磁鏈的給定值，經(jīng)轉(zhuǎn)速和磁鏈的PI調(diào)節(jié)器計算出同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d、q軸電流給定值； 步驟二、由d、q軸電流給定值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計算出d、q軸電壓給定值，進而得到參考電壓矢量的幅值，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量； 步驟三、根據(jù)給定的旋轉(zhuǎn)參考電壓矢量，采用五電平空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法，得到雙繞組電機所需的六相電壓； 步驟四、經(jīng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速檢查模塊得到所需的電壓、電流和轉(zhuǎn)速信息，經(jīng)磁鏈觀察得到磁鏈、旋轉(zhuǎn)角度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述系統(tǒng)中，兩個五電平逆變器共用一個直流母線電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述系統(tǒng)采 用雙d、q電流控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于IGCT五電平的雙繞組大功率防爆電機系統(tǒng)的控制方法，設(shè)定轉(zhuǎn)速和磁鏈的給定值，經(jīng)轉(zhuǎn)速和磁鏈的PI調(diào)節(jié)器計算出同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d、q軸電流給定值；由d、q軸電流給定值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器計算出d、q軸電壓給定值，進而得到參考電壓矢量的幅值，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量；根據(jù)給定的旋轉(zhuǎn)參考電壓矢量，采用五電平空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法，得到雙繞組電機所需的六相電壓；經(jīng)電壓、電流、轉(zhuǎn)速檢查模塊得到所需的電壓、電流和轉(zhuǎn)速信息，經(jīng)磁鏈觀察得到磁鏈、旋轉(zhuǎn)角度信息。本發(fā)明中，逆變器輸出的電壓、電流諧波含量相對于兩電平、三電平大大減少，且諧波次數(shù)增大；且避免了繞組參數(shù)不一致帶來的兩套繞組電流不平衡問題。
文檔編號H02P21/00GK103219937SQ20131007483
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者姜建國, 徐亞軍, 李洪亮, 羅*, 潘慶山, 劉賀, 喬樹通 申請人:上海交通大學(xué)