1.双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、假设当F相发生缺相故障,剩余相采用单中性点连接方式,此时F相电流为0,在发生单相缺相故障后,首先将检测到的剩余5相电流利用单相缺相时的矢量空间解耦静止变换矩阵T5s,映射到与机电能量转换相关的α‑β子平面和z1‑z2谐波子平面中,利用旋转坐标变化矩阵对α‑β子平面中的变量进行旋转坐标变换,投影到d‑q同步旋转坐标系中;
步骤2、为保证相电流无直流偏置,将各相电流定义为:iW=aWImcosθi+bWImsinθi=aWIα+bWIβ;
此时要保证总磁势不变,要求剩余相电流合成矢量与正常运行时的相电流合成矢量一致,将剩余相电流表达式分离实部和虚部可得到4个约束条件;单中性点连接方式根据基尔霍夫定律有另外两个约束条件,综上所述共有10个未知变量,只有六个方程约束,解不唯一;
步骤3、以定子铜耗最小为优化目标,采用ML控制策略的目标函数表示为各相电流幅值的平方和,计算获得ML控制策略下相电流的系数,对各相电流的系数进行静止坐标变换,计算得z1‑z2子平面电流为零,因此将ML控制策略下z1‑z2子平面电流参考值 的值设置为0,可以实现ML控制策略;
步骤4、以最大转矩输出为优化目标,采用MT控制策略的目标函数表示为各相电流幅值中的最大值,通过Matlab的优化工具箱计算得到MT控制策略下剩余各相电流的系数,对剩余各相电流的系数进行静止坐标变换,计算得到MT控制策略下z1‑z2子平面的参考电流;
步骤5、设双三相电机在正常运行时输出额定转矩为Te;对输出电磁转矩范围进行区间划分,在0‑0.542(p.u.)之间采用ML控制策略,在0.542‑0.694(p.u.)之间采用混合控制策略;
步骤6、采用混合控制策略时首先根据当前总的输出转矩值T求出系数λ;
步骤7、通过系数λ计算混合控制策略中MT控制策略输出转矩所占比例γ;
步骤8、由于ML控制策略输出转矩对应z1‑z2子平面电流参考值为零,因此计算MT控制策略输出转矩对应z1‑z2子平面电流参考值即为混合控制策略时z1‑z2子平面电流参考值;
步骤9、以磁场定向控制为基础,对id和iq通过PI控制器进行控制,将z1‑z2子平面电流参考值设定为步骤8所求得的值,采用PR控制器控制,减小了双三相电机单相缺相故障情况下在输出转矩范围0.542‑0.694(p.u.)之间的定子铜耗。
2.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤1所用的矢量空间解耦的静止变换矩阵如式(1)所示:电流矢量空间解耦过程如下:
T T
[iα iβ iz1 iz2 iz3]=T5s[iA iB iC iD iE] (2)式中iα、iβ为α‑β子平面电流,iz1、iz2为z1‑z2子平面电流,iz3为零序子平面电流,恒为0,iA、iB、iC、iD、iE为电机各相电流;
所用到的旋转坐标变化矩阵如式(3)所示:α‑β子平面中电流旋转变化过程如下:T T
[id iq iz1 iz2 iz3]=P5[iα iβ iz1 iz2 iz3] (4)式中id、iq为对α‑β子平面中的电流进行旋转坐标变换,投影到d‑q同步旋转坐标系中的对应电流。
3.根据权利要求2所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤2具体如下:
无故障运行情况下,双三相电机的电流矢量如式(5)所示:式中θs=π/6,这是双三相电机中两组三相绕组之间的相移角;j为虚数单位;
为了保证相电流无直流偏置,则可以将各相电流定义为如式(6)所示:iW=aWImcosθi+bWImsinθi=aWIα+bWIβ (6)式中的W可以是A、B、C、D、E中的任意一个;Im为电流的幅值;θi为A相电流的相角,也是电流矢量在α‑β子空间的相角,即cosθi=iα/Im,sinθi=iβ/Im;Iα、Iβ为电流幅值在α‑β子平面中的分量;
将式(6)代入式(5)中并分离实部和虚部可得到4个约束条件如式(7)所示:aA和bA为A相电流实部和虚部的待求系数;aB和bB为B相电流实部和虚部的待求系数;aC和bC为C相电流实部和虚部的待求系数;aD和bD为D相电流实部和虚部的待求系数;aE和bE为E相电流实部和虚部的待求系数;
单中性点连接方式根据基尔霍夫定律可得两个约束条件如式(8)所示:
4.根据权利要求3所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤3具体如下:
ML控制策略目标函数表示如式(9)所示:其中JML为ML控制策略的目标函数;
计算得到ML控制策略下相电流的系数如式(10)所示:将相电流表示为幅值和相角的形式如式(11)所示:
5.根据权利要求4所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤4具体如下:
MT控制策略的目标函数如式(12)所示:其中JMT为MT控制策略的目标函数;
计算得到MT控制策略下剩余各相电流的系数如式(13)所示:将相电流表示为幅值和相角形式如式(14)所示:计算得到MT控制策略下z1‑z2子平面的参考电流如式(15)所示:式中 为z1‑z2子平面的参考电流; 为对应的α‑β子平面的参考电流;为对应的同步旋转坐标系中q轴的参考电流;θ为转子磁极位置与A相绕组轴线之间的电角度,单位是rad。
6.根据权利要求5所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤5中的0.542p.u.为ML控制策略下最大的输出电磁转矩,在MT控制策略下能输出的最大电磁转矩为0.694p.u.,这些转矩均以正常运行时输出额定转矩为Te进行标幺,即认为正常运行时输出额定转矩为1,引入系数λ,假设在混合控制策略中ML控制策略输出转矩为0.542λ,MT控制策略输出转矩为0.694(1‑λ),当λ=1时相当于采用ML控制策略,当λ=0时相当于采用MT控制策略。
7.根据权利要求6所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤6中当前总的输出转矩值T表示如式(16)所示:T=0.542λ+0.694(1‑λ) (16)由式(16)计算得到系数λ如式(17)所示:
8.根据权利要求7所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤7中采用ML控制策略输出转矩部分其对应z1‑z2子平面参考电流为0,采用MT控制策略输出转矩所占比例γ如式(18)所示:
9.根据权利要求8所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤8中最终求得的混合控制策略下z1‑z2子平面电流参考值如式(19)所示:
10.根据权利要求9所述的双三相永磁同步电机缺相容错运行混合控制方法,其特征在于,所述步骤9中定子铜耗表示为 JM如式(20)所示:式中:aP1、bP1为ML控制策略下输出转矩为1时剩余各相电流的系数,aP2、bP2为MT模式下输出转矩为1时剩余各相电流的系数,其中p代表了A、B、C、D、E当中的任意相。