基于虚拟开绕组永磁同步电机的模型预测控制系统研究

作     者：孔文豪 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李文娟

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：开绕组永磁同步电机 虚拟电机 模型预测控制 零序电流 

摘      要：开绕组永磁同步电机具备可大功率场合运行、电压利用率高、容错控制好等优势成为目前研究的热点,但是开绕组永磁同步电机结构复杂,在电机功能性测试中,成本高、能耗多。再考虑到独立电源供电时,开绕组永磁同步电机存在零序电流,影响系统性能。因此替代实体电机完成功率级测试以及有效的抑制零序电流的产生是本课题研究的意义所在。建立在开绕组永磁同步电机数学模型基础上,对独立电源供电的双逆变器结构存在零序特性等问题进行分析,建立双逆变器结构电压矢量分布图;对开绕组永磁同步电机的数学模型进行虚拟化处理,求解出电机数字化运行状态量,建立虚拟电机实时仿真器,基于此提出基于零序电流抑制的电压矢量重构模型预测控制策略并设计出并网馈能变换器双闭环控制策略。构建虚拟开绕组永磁同步电机控制系统,对虚拟电机实时电机仿真器进行初步验证,在开环系统基础上对电机矢量控制、模型预测控制和基于零序电流抑制的模型预测控制进行了仿真,完成不同控制策略在不同工况下性能的对比分析,仿真结果表明本文提出的控制策略应用于电机控制系统,减少开关冗余状态、零序电流可抑制到0.05A以内、电机三相电流THD为2.31%,有效的抑制零序电流的产生,改善了系统电能质量,而且验证了系统具有良好的动态性能。设计虚拟开绕组永磁同步电机整体控制系统并完成实验平台搭建,设置虚拟电机与实际电机功能性对照实验,实验结果表明,虚拟电机替代实际电机完成功率测试过程中启动速度快,完成超调时间仅为实际电机的1/3左右,系统运行平稳且位置角度可以很好匹配实际电机;本文所提出的控制策略对零序电流抑制效果明显,仅为其他控制策略下零序电流的1/2-1/10左右。本文研究对于开绕组永磁同步电机在性能测试和零序电流抑制方面有着积极的推动意义。