本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)，更具體地說涉及一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法。

背景技術(shù)：

1、背靠背（btb）變換器常用于中大功率電機驅(qū)動系統(tǒng)中，在現(xiàn)有技術(shù)中，pi-mpc是控制背靠背變流器饋電pmsg系統(tǒng)的常用解決方法之一，它采用額外的pi控制器生成有功功率參考，以供內(nèi)部功率控制器跟蹤；但是，采用該控制方法需要一個外部的pi控制器，形成pi控制環(huán)路，為內(nèi)部的mpc控制器生成功率設(shè)定值（即功率參考），然而在pi控制環(huán)路中存在常見的積分飽和問題，同時系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)較慢。

2、有鑒于此，本申請在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，遂有本案的產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，其無需增加外部的pi控制環(huán)路，避免了因pi控制環(huán)路中常見的積分飽和問題導(dǎo)致性能下降，并且提高了動態(tài)響應(yīng)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

3、一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，該永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)包括并網(wǎng)連接的電機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器，該控制方法包括如下步驟：

4、s1、建立成本函數(shù)如下，

5、，式中?，為電機側(cè)成本函數(shù)，、和分別是成本函數(shù)的有功分量、成本函數(shù)的母線電壓分量和成本函數(shù)的無功分量；表示網(wǎng)側(cè)的無功功率參考；

6、是直流鏈路電壓設(shè)定點；是k+2時刻的直流母線電壓，是根據(jù)時刻的表達(dá)式預(yù)測得到，即通過在時刻的離散模型上向前移動一個得到；調(diào)節(jié)系數(shù)，表示正實數(shù)集合；是用于調(diào)整無功功率的加權(quán)因子；表示有功功率的約束，表示無功功率的約束；

7、為永磁同步電機產(chǎn)生的有功功率，=，為扭矩參考，為永磁同步電機的角速度，角速度通過來自永磁同步電機的電機軸上的反饋編碼器信號在位置估計器中計算得到；表示k+2時刻的有功功率數(shù)值，是通過瞬時功率公式前移一個得到的表達(dá)式預(yù)測得到；表示估計的k+2時刻的網(wǎng)側(cè)無功功率；

8、s2、從所述成本函數(shù)中選擇電壓矢量，具體方法如下：

9、調(diào)節(jié)所述成本函數(shù)中的項趨近于零以對參考變量進(jìn)行跟蹤，假設(shè)=0和=0，若電壓矢量中，則在＞的電壓矢量會在中被選中；

10、若電壓矢量中，則在電壓矢量中選擇產(chǎn)生小于的的電壓向量；

11、在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，，選擇使的電壓矢量。

12、基于校正功率表達(dá)式中的擾動補償穩(wěn)態(tài)誤差，具體方法為：

13、s1-1、建立卡爾曼濾波器的數(shù)學(xué)模型如下：

14、（1），

15、（2），

16、式中，表示有功功率擾動，表示無功功率擾動，表示k-1時刻的有功功率擾動，表示k-1時刻的無功功率擾動，示k時刻的有功功率，示k時刻的無功功率，表示k-1時刻的有功功率，表示k-1時刻的無功功率，和分別為k時刻和k-1時刻的狀態(tài)矢量，是采樣周期；是狀態(tài)矩陣，、，，、，、是人工定義的矩陣符號；其中，，，=，，，；，，兩者都是常用的數(shù)學(xué)矩陣；表示在網(wǎng)側(cè)變流器中電阻的標(biāo)稱值，表示在所述網(wǎng)側(cè)變流器中電感的標(biāo)稱值，是采樣頻率，是網(wǎng)側(cè)電角速度；為協(xié)方差矩陣的過程噪聲：，其中是數(shù)學(xué)符號，表示隨機變量遵循均值為?0、協(xié)方差矩陣為的正態(tài)分布；

17、s1-2：基于步驟1-1的數(shù)學(xué)模型得到狀態(tài)向量的先驗估計如下，

18、（3），

19、式中，表示狀態(tài)向量的先驗估計，表示區(qū)間[]內(nèi)計算的狀態(tài)向量的后驗估計；

20、s1-3：定義先驗估計的精度協(xié)方差如下，（4），式中，e代表數(shù)學(xué)期望，t代表矩陣轉(zhuǎn)置，都是數(shù)學(xué)符號；

21、所述精度協(xié)方差通過以下方式計算，，式中，；表示在區(qū)間[]中得到的狀態(tài)向量后驗估計的精度協(xié)方差；

22、s1-4：卡爾曼增益和狀態(tài)向量的后驗估計的計算式分別如下，

23、，

24、，

25、校正功率預(yù)測表達(dá)式為，其中被更新以用于下一個采樣周期；是單位矩陣，該單位矩陣是一個方陣，從左上角到右上角的對角線上的元素均為1，其余元素均為0。

26、在步驟s2中，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，將添加到中。

27、步驟s1中，所述瞬時功率為：，式中，是采樣頻率，是網(wǎng)側(cè)電角速度，表示電感，和分別表示為網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流、電感電抗和電感電阻，其中，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的α分量，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的β分量，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的α分量，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的β分量。

28、采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明通過評估新定義的成本函數(shù)，以使選擇的電壓矢量不僅會在k+2的瞬間生成更接近其設(shè)定點的直流母線電壓，而且還可以進(jìn)一步生成降低后續(xù)電壓誤差的有功功率，以此在一個成本函數(shù)內(nèi)實現(xiàn)對直流鏈路電壓和功率流的調(diào)節(jié)。

29、進(jìn)一步講，本發(fā)明通過卡爾曼濾波器對參數(shù)不匹配引起的擾動進(jìn)行估計，并用于對功率表達(dá)式的修正，以消除即使在可變參數(shù)下的穩(wěn)態(tài)偏差，從而提高系統(tǒng)魯棒性。

技術(shù)特征：

1.一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，該永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)包括并網(wǎng)連接的電機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器，其特征在于，該控制方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，其特征在于：基于校正功率表達(dá)式中的擾動補償穩(wěn)態(tài)誤差，具體方法為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，其特征在于：在步驟s2中，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，將添加到中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，其特征在于：步驟s1中，所述瞬時功率為：，式中，是采樣頻率，是網(wǎng)側(cè)電角速度，表示電感，和分別表示為網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流、電感電抗和電感電阻，其中，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的α分量，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的β分量，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的α分量，表示k+1時刻網(wǎng)側(cè)電壓的β分量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的直接電壓預(yù)測控制方法，使用于并網(wǎng)連接的電機側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器，該控制方法通過評估新定義的成本函數(shù)，在該成本函數(shù)中選擇電壓矢量，選擇的電壓矢量可以在k+2瞬間生成更接近其設(shè)定點的直流母線電壓，并能降低后續(xù)電壓誤差的有功功率，實現(xiàn)對直流鏈路電壓和功率流的調(diào)節(jié)；并且針對驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)誤差，通過添加卡爾曼濾波器，參數(shù)不匹配引起的擾動通過卡爾曼濾波器進(jìn)行估計，并用于校正功率表達(dá)式，從而補償穩(wěn)態(tài)功率誤差。

技術(shù)研發(fā)人員：黃東曉,唐瑩,何英杰,魏堯,汪鳳翔
受保護的技術(shù)使用者：閩都創(chuàng)新實驗室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9