一种H-MMC电机驱动系统同频运行的综合控制方法

技术特征：
1.一种h-mmc电机驱动系统同频运行的综合控制方法，其特征在于所述的基于h-mmc电机驱动系统由h-mmc、永磁同步电动机和交流电网组成；所述的h-mmc由六个相同的桥臂首尾相连形成一个环形结构，每个桥臂是由n个级联的全桥子模块和一个电抗器l
x
串连而成，下标x表示第x个桥臂，x＝1，2，3
…
6；全桥子模块记为sm
x_y
，下标y表示第y个全桥子模块，y＝1，2，3
…
n；4个igbt(s1、s2、s3、s4)和1个电容器c构成一个全桥子模块，s1的发射极和s3的集电极相连且连接点称为全桥子模块的正极，s2的发射极和s4的集电极相连且连接点称为全桥子模块的负极，s1、s2的集电极和电容器的正极相连，s3、s4的发射极和电容器的负极相连；桥臂x的第一个全桥子模块sm
x_1
的正极称为桥臂x的首端，sm
x_1
的负极与桥臂x的第二个全桥子模块sm
x_2
的正极相连，按此规律顺序连接，桥臂x的第n个子模块sm
x_n
的负极与电抗器l
x
的一端相连，l
x
的另一端称为桥臂x的尾端；o1、o2、o3、o4、o5和o6分别为h-mmc的六个端点；所述的电网u、v、w三相分别与h-mmc的o4、o6、o2点相连；永磁同步电动机的r、s、t三相分别与h-mmc的o1、o3、o5点相连；o1点和o2点之间支路称为桥臂1；o2点和o3点之间支路称为桥臂2；o3点和o4点之间支路称为桥臂3；o4点和o5点之间支路称为桥臂4；o5点和o6点之间支路称为桥臂5；o6点和o1点之间支路称为桥臂6；所述的一种h-mmc电机驱动系统同频运行的综合控制方法由补偿相角计算、机侧转速控制、网侧功率控制、桥臂子模块稳压均压控制和调制波计算5个部分构成；所述的补偿相角计算由如下步骤组成：(1)使用编码器实时检测永磁同步电动机转速n，根据n计算电机频率f
m
：f
m
＝n
×
p/60其中，p为永磁同步电动机极对数，可通过查阅电机说明书得到；(2)实时检测机侧线电压和机侧相电流，分别将检测时刻前23ms内的幅值数据保存至控制器的数据寄存器；(3)根据传感器的采样率s
am
；计算从数据寄存器提取的数据个数n
m
：n
m
＝s
am
/f
m
其中，s
am
可通过查阅传感器数据手册得到；(4)计算机侧相电压的有效值v
m
和机侧相电流的有效值i
m
：：其中，v
mj
、i
mj
分别是从数据寄存器中提取的机侧线电压和机侧相电流数据；(5)实时检测网侧相电流，并将检测时刻前20ms内的幅值数据保存至控制器的数据寄存器；(6)计算从数据寄存器提取的数据个数n
g
：n
g
＝s
am
/50
(7)计算网侧相电流的有效值i
g
：其中，i
gj
分别是从数据寄存器中提取的网侧相电流数据；(8)将机侧线电压转化为机侧相电压，网侧线电压转化为网侧相电压，分别将机侧相电压、机侧相电流、网侧相电压、网侧相电流进行锁相环计算得到机侧相电压相角θ
m1
、机侧相电流相角θ
m2
、网侧相电压相角θ
g1
、网侧相电流相角θ
g2
；当θ
m1
＝0时，将此刻的机侧相电流相角送入控制器的数据寄存器；当θ
g1
＝0时，将此刻的网侧相电流相角送入控制器的数据寄存器；(9)将v
m
、i
m
、i
g
、网侧相电压有效值v
g
、和代入下式计算补偿相角代入下式计算补偿相角其中，t为控制周期；所述的机侧转速控制由如下步骤组成：(1)通过传统的电机转速双环控制获取机侧d轴电压参考值u
md_ref
和q轴电压参考值u
mq_ref
(2)将θ
m1
与相加得到调整后的电机相角θ
m
：(3)使用调整后的电机相角θ
m
对u
md_ref
和u
mq_ref
进行dq/abc变换得到机侧三相电压参考值u
mr_ref
、u
ms_ref
、u
mt_ref
；所述的网侧功率控制由如下步骤组成：(1)检测h-mmc所有子模块电容电压u
c_xy
，计算子模块电容电压平均值u
c_ave
：(2)将子模块电容电压参考值u
c_ref
与u
c_ave
相减，差值送入第三pi控制器，得到网侧d轴电流参考值i
gd_ref
：i
gd_ref
＝(u
c_ref-u
c_ave
)
×
(k
p3
k
i3
×
(1/s))其中，k
p3
和k
i3
分别为第三pi控制器的比例系数和积分系数；(3)检测网侧三相电压u
gu
、u
gv
、u
gw
，将其进行abc/αβ变换得到网侧α轴电压u
gα
和网侧β轴电压u
gβ
；(4)令网侧q轴电流参考值i
gq_ref
等于0，将i
gd_ref
、i
gq_ref
进行dq/αβ变换得到网侧α轴电流参考值i
α_ref
和网侧β轴电流参考值i
gβ_ref
；(5)检测网侧三相电流i
u
、i
v
、i
w
，将其进行abc/αβ变换得到网侧α轴电流实际值i
gα
和网侧β轴电流实际值i
gβ
；(6)将i
gα_ref
和i
gα
相减，差值送入第一准pr控制器，第一准pr控制器的输出再与u
gα
相加得到网侧α轴电压参考值u
gα_ref
；将i
gβ_ref
和i
gβ
相减，差值送入第一准pr控制器，第一准pr控制器的输出再与u
β
相加得到网侧β轴电压参考值u
gβ_ref
；
(7)将u
gα_ref
和u
gβ_ref
进行αβ/abc变换得到网侧三相电压参考值u
gu_ref
、u
gv_ref
、u
gw_ref
；所述的桥臂子模块稳压均压控制由如下步骤组成：(1)采用通用的层次化电容电压平衡控制得到中性点电压参考值u
st_ref
，采用通用的层次化电容电压平衡控制和环流控制得到桥臂电压参考值叠加量u
cir_ref
；(2)采用通用的子模块均压控制得到桥臂x第y个子模块调制波的叠加量u
xy_add
：所述的调制波计算由如下步骤组成：(1)将u
mr_ref
、u
ms_ref
、u
mt_ref
、u
gu_ref
、u
gv_ref
、u
gw_ref
、u
st_ref
和u
cir_ref
带入下式计算得到各桥臂电压调制波u
x_ref
：u
1_ref
＝u
gw_ref-u
mr_ref-u
st_ref
u
cir_ref
u
2_ref
＝u
ms_ref-u
gw_ref
u
st_ref
u
cir_ref
u
3_ref
＝u
gu_ref-u
ms_ref-u
st_ref
u
cir_ref
u
4_ref
＝u
mt_ref-u
gu_ref
u
st_ref
u
cir_ref
u
5_ref
＝u
gv_ref-u
mt_ref-u
st_ref
u
cir_ref
u
6_ref
＝u
mr_ref-u
gv_ref
u
st_ref
u
cir_ref
(2)将u
x_ref
除以n后和u
xy_add
相加得到桥臂x第y个子模块的调制波u
xy_ref
：u
xy_ref
＝1/n
×
u
x_ref
u
xy_add
(3)对u
xy_ref
采用载波移相调制得到igbt的开关信号。2.根据权利要求1所述的一种h-mmc电机驱动系统同频运行的综合控制方法，其特征在于其特征在于永磁同步电动机极对数p为4，参考转速n
ref
为750，h-mmc的电抗器l
x
为10mh，电容器c大小为20mf，桥臂全桥子模块个数n为6，全桥子模块电容电压额定值u
c_ref
为2500v；控制周期t为0.0001s，采样率s
am
为25khz；机侧转速环参数为：k
p1
＝1、k
i1
＝1.6；机侧电流环参数为：k
p2
＝140、k
i2
＝290；第三pi控制器参数为：k
p3
＝2、k
i3
＝20；第一准pr控制器参数为：k
p4
＝400、k
sc1
＝2000、ω
sc1
＝2rad/s；通用的层次化电容电压平衡控制参数为：k
p5
＝1、k
i4
＝5、k
p6
＝8、k
p7
＝2.5e-5；环流控制参数为：k
p8
＝20、k
i5
＝300、k
sc2
＝1、ω
sc2
＝1rad/s、k
sc3
＝1、ω
sc3
＝2rad/s；子模块均压控制参数k
p9
＝0.02。

技术总结
本发明公开了一种H-MMC电机驱动系统同频运行的综合控制方法。该H-MMC电机驱动系统包括：H-MMC、永磁同步电动机和交流电网；系统同频运行的综合控制方法主要由补偿相角计算、机侧转速控制、网侧功率控制、桥臂子模块稳压均压控制和调制波计算5个部分构成；本发明给出了H-MMC电机驱动系统的拓扑结构，通过实时计算补偿相角，对电机相角进行调节，从而控制H-MMC桥臂差频功率趋近于零；大大降低了环流和中性点电压的要求，无需增加控制器即可实现同频工况下系统的稳定运行，具有同频运行时子模块电容电压纹波小、损耗小、控制相对简单的优点。点。点。


技术研发人员：荣飞 徐爽 黄春辉 刘闯闯 孙克强 黄守道 黄泰霖
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/12