【摘要】：隨著逆變器-內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(IPMS M)系統(tǒng)輸出功率的增加,其輸入阻抗與直流供電端LC濾波環(huán)節(jié)輸出阻抗不再匹配,引發(fā)逆變器直流側(cè)電壓、電流振蕩。針對(duì)IPMSM,推導(dǎo)了逆變器-電機(jī)系統(tǒng)采樣雙電流調(diào)節(jié)器控制時(shí)的輸入導(dǎo)納模型,用于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。參考異步電機(jī)系統(tǒng)振蕩抑制方法,根據(jù)IPMSM轉(zhuǎn)矩公式,提出直軸電流補(bǔ)償法和直軸電壓補(bǔ)償法兩種振蕩抑制辦法。結(jié)合交軸電流補(bǔ)償法、交軸電壓補(bǔ)償法思想,推導(dǎo)了分別加入四種振蕩抑制方法后的逆變器-IPMSM系統(tǒng)輸入阻抗,采用奈奎斯特判據(jù),分析各振蕩抑制方法的有效性。依據(jù)電機(jī)模型與控制系統(tǒng)模型,分析不同方法的優(yōu)劣,提出電壓補(bǔ)償法優(yōu)于電流補(bǔ)償法、交軸補(bǔ)償法優(yōu)于直軸補(bǔ)償法的觀點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各振蕩抑制方法的有效性和交軸電壓補(bǔ)償法的優(yōu)勢。
【圖文】：

流環(huán)控制下的輸入導(dǎo)納模型，用于分析系統(tǒng)穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)振蕩抑制方法。參考異步電機(jī)系統(tǒng)直軸補(bǔ)償法，結(jié)合IPMSM模型，提出用于IPMSM系統(tǒng)的直軸電流補(bǔ)償法與直軸電壓補(bǔ)償法，并與現(xiàn)有的交軸電流補(bǔ)償法和交軸電壓補(bǔ)償法進(jìn)行對(duì)比研究。針對(duì)加入阻尼補(bǔ)償后的系統(tǒng)導(dǎo)納模型進(jìn)行推導(dǎo)，采用奈奎斯特定理，對(duì)振蕩效果進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)電機(jī)模型與控制系統(tǒng)模型，對(duì)不同振蕩抑制方法的優(yōu)劣進(jìn)行分析，得出雙電流調(diào)節(jié)器控制下逆變器-IPMSM系統(tǒng)的較優(yōu)振蕩抑制方法。通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)所提觀點(diǎn)進(jìn)行了論證。1振蕩機(jī)理與系統(tǒng)模型1.1振蕩機(jī)理圖1為直流供電逆變器-電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浜唸D。假設(shè)控制器帶寬無限大，逆變器為連續(xù)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，PMSM輸出轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速能完美跟隨指令值，逆變器-PMSM系統(tǒng)可視為理想恒功率負(fù)載而呈現(xiàn)負(fù)阻抗(導(dǎo)納)特性。該模型下，系統(tǒng)穩(wěn)定的基本條件是系統(tǒng)阻尼系數(shù)為正，系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)為P0≤ＲCLu2c0(1)式中，P0、uc0分別為穩(wěn)態(tài)輸出功率與直流電壓;Ｒ、L、C分別為直流側(cè)電阻、電感、電容。式(1)是該類不穩(wěn)定現(xiàn)象的經(jīng)典通用判據(jù)。根據(jù)理想模型判據(jù)，系統(tǒng)隨著輸出功率的上升逐漸失穩(wěn);逆變器直流側(cè)參數(shù)的取值與逆變器-電機(jī)系統(tǒng)呈現(xiàn)的負(fù)阻抗特性是該類不穩(wěn)定現(xiàn)象的根本原因。圖1傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1Thestructurediagramofdrivesystem為進(jìn)行更加合理的振蕩抑制控制器設(shè)計(jì)和系統(tǒng)性能分析，求解系統(tǒng)綜合線性化模型，進(jìn)行頻域特性分析是很有必要的。對(duì)此類傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行頻域特性分析，可以引用直流分布式電源系統(tǒng)的一般性結(jié)論。文獻(xiàn)［13］提出，對(duì)于如圖2所示的典型直流分布式電源系統(tǒng)，即使各子模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)滿足穩(wěn)定性要求，，集成的大系統(tǒng)由于各子系統(tǒng)間的交互關(guān)系，也可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)性能下降，甚至

電工技術(shù)學(xué)報(bào)2017年8月圖2典型直流分布式電源系統(tǒng)Fig.2TypicalDCdistributedpowersystem例。電源側(cè)具有一個(gè)較大的濾波電感和較小的支撐電容，系統(tǒng)需要匹配負(fù)載側(cè)輸入阻抗Zin才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性控制。Zout/Zin轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)導(dǎo)納模式則為Yin/Yout，可視為系統(tǒng)環(huán)路增益。判斷傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的閉環(huán)傳遞函數(shù)可表示為［14］Gdrive=11+YinYout(2)式中，Yin為逆變器-電機(jī)系統(tǒng)輸入導(dǎo)納;Yout為直流側(cè)LC環(huán)節(jié)輸出導(dǎo)納。根據(jù)該級(jí)聯(lián)電氣系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，即導(dǎo)納比Yin/Yout就可判斷傳動(dòng)系統(tǒng)阻抗是否匹配，系統(tǒng)是否穩(wěn)定。具體判據(jù)為:針對(duì)開環(huán)傳遞函數(shù)Yin/Yout，繪制奈奎斯特圖，當(dāng)ω從－∞變化到+∞時(shí)，奈奎斯特曲線不環(huán)繞點(diǎn)(－1，0)。1.2系統(tǒng)導(dǎo)納模型直流側(cè)LC環(huán)節(jié)輸出導(dǎo)納Yout推導(dǎo)較為簡單，且在眾多文獻(xiàn)中皆有描述，本文直接給出結(jié)果，為Yout=LCs2+ＲCs+1Ls+Ｒ(3)逆變器-電機(jī)系統(tǒng)輸入導(dǎo)納Yin的求解需要分別針對(duì)逆變器、電機(jī)以及電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。假設(shè)逆變器無能量損耗，交流側(cè)輸出功率等于直流側(cè)輸入功率，即uCic=32(udid+uqiq)(4)式中，uC為逆變器直流側(cè)電容電壓;ic為逆變器直流側(cè)輸入電流;id、iq分別為電機(jī)d、q軸電流;ud、uq分別為d、q軸電壓�？紤]控制延時(shí)Td，逆變器電壓模型為［uduq］T=D(s)［u*du*q］T+［ud0uq0］T1－D(s)uc0uC(5)式中，D(s)為控制延時(shí)，D(s)=1/e－sTd;u*d、u*q分別為d、q軸電壓的指令值;ud0、uq0分別為d、q軸電壓穩(wěn)態(tài)均值。IPMSM在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子電壓方程與運(yùn)動(dòng)?
【作者單位】： 北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院;
【分類號(hào)】：TM341;TM464

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本文編號(hào)：2549414