CN113991991A - 一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法 - Google Patents

一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，步骤1、建立开路故障后参考空间矢量数学模型；步骤2、将采集得到的系统参数以及变量输入至步骤1中的数学模型，得到矫正后的参考空间矢量；步骤3、划分扇区，确定矫正后的参考空间矢量所在扇区；步骤4、确定正常运行时，基础矢量作用时间，确定矢量作用比例；步骤5、确定受开路故障影响区域；步骤6、根据投影补偿比例，调整受开路故障影响区域内矢量作用比例以及作用时间；步骤7、将步骤6中的作用时间与载波调制，输出6路PWM脉冲，控制三相整流器，实现容错控制。本发明能够有效矫正故障后参考空间矢量，优化容错控制效果，使得开路故障后的三相整流器运行效果接近正常运行时的效果。

Description

一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法
技术领域
本发明涉及一种变流器容错控制，具体的说是一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法。
背景技术
随着电力电子设备以及技术的发展，三相整流器被广泛的应用于电能转换领域。由于其需要工作于高电压、高频率、大功率等工作环境，所以三相整流器极易发生开路故障。为了避免三相整流器开路故障对建筑用电设备的损坏，对其开路故障后的容错控制十分必要。发明专利《CN109921713A基于d轴电流注入的机侧变流器容错控制方法》通过改变d轴电流，实现容错控制；发明专利《CN109067215B基于开关频率的两电平PWM整流器容错控制方法》通过调整功率开关的门极信号开关频率实现容错优化控制；发明专利《CN112532084A基于遗传算法的十二扇区两电平PWM整流器容错控制方法》利用遗传算法建立优化模型，在十二扇区容错控制方法的基础上，完成容错优化控制；发明专利《CN109067214A基于等轴补偿比的十二扇区两电平PWM整流器容错控制方法》通过空间扇区划分以及对矢量补偿比例的调整，实现容错控制。上述容错控制方法虽然都能实现容错控制，但未对故障后的空间矢量进行矫正，容错过程仍然是对畸变后的参考空间矢量进行补偿，故容错效果不佳。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，矫正开路故障后参考空间矢量，使之保持系统正常运行时的输出状态，优化容错控制效果。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、建立开路故障后参考空间矢量数学模型；
步骤2、将采集得到的系统参数以及变量输入至步骤1中的数学模型，得到矫正后的参考空间矢量；
步骤3、划分扇区，确定矫正后的参考空间矢量所在扇区；
步骤4、确定正常运行时，基础矢量作用时间，确定矢量作用比例；
步骤5、确定受开路故障影响区域；
步骤6、根据投影补偿比例，调整受开路故障影响区域内矢量作用比例以及作用时间；
步骤7、将步骤6中的作用时间与载波调制，输出6路PWM脉冲，控制三相整流器，实现容错控制。
所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤1中，建立的开路故障后参考空间矢量数学模型，具体表达式如式(1)(2)所示：
Figure BDA0003289600230000021
Figure BDA0003289600230000022
式中，uq、ud为系统实际输出dq轴电流分量(V)；ωe为电机转速；
Figure BDA0003289600230000023
为可调变量(rpm)；
Figure BDA0003289600230000024
为矫正输出(V)；ψa、ψb、ψc为永磁体磁链分量(Wb)；iq、id为系统实际输出dq轴电流分量(A)；
Figure BDA0003289600230000025
为可调模型中系统给定值(A)；Ld、Lq为dq轴电感分量(H)；ψf为等效磁链分量(Wb)。
所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤2中，将采集得到的系统参数以及变量输入至步骤1中的数学模型，得到矫正后的参考空间矢量。需要采集的系统参数包括：uq、ud、ψa、ψb、ψc、iq、id、Ld、Lq、ψf，需要根据系统实际功率以及其它运行情况给定的参数包括
Figure BDA0003289600230000026
将上述参数带入式(1)(2)中即可通过调整
Figure BDA0003289600230000027
实现对故障后的参考空间矢量的矫正，得到矫正后的参考空间矢量
Figure BDA0003289600230000028
所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤3中，划分扇区，确定矫正后的参考空间矢量所在扇区；对矢量空间进行十二扇区划分，定义六个变量：
Figure BDA0003289600230000031
式中，
Figure BDA0003289600230000032
为α、β两相静止坐标系下的电压分量，即步骤2中矫正后的参考空间矢量；
定义符号函数：
Figure BDA0003289600230000033
式中，i＝A，B，C，D，E，F；
定义扇区划分坐标系函数N：
N＝Q(A)+Q(B)+2Q(C)+2Q(D)+4Q(E)+3Q(F)。
所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤4中，确定正常运行时，基础矢量作用时间，确定矢量作用比例：根据SVPWM控制算法，基于THD最低原则和对称原则确定矢量作用顺序以及矢量作用时间，记录有效基础矢量Vn、Vn+1(n＝1,2,3,4,5,6)作用时间T1和T2以及零矢量V0、V7作用时间T0。Ts为采样周期。根据矢量作用时间可确定矢量作用比例如下：
Figure BDA0003289600230000034
所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤7中，将步骤6中的作用时间与载波调制，输出6路PWM脉冲，控制三相整流器，实现容错控制:采用DPWM调制技术，基于对称原则和THD最低原则来确定矢量的作用顺序，从而获得六路IGBT门极控制信号，实现容错控制。
本发明的有益效果是：实现了故障后参考空间矢量的矫正，完成了对三相整流器的容错控制。同时，本技术内容与传统的容错控制方法相比，其能够使得故障后参考空间矢量和系统正常运行时参考空间矢量一致，减少误差积累，同时优化容错控制效果，使得系统运行结果与正常运行结果更加接近。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为系统控制框图；
图2为十二扇区划分方式；
图3为本发明S1开路故障时，容错前后三相电流、电机转速、电流轨迹圆实验结果，3s-3.14s未发生开路故障，3.14s-3.28s发生开路故障，3.28s-3.42s进行容错控制。
图4为本发明S1S3开路故障时，容错前后三相电流、电机转速、电流轨迹圆实验结果，3s-3.14s未发生开路故障，3.14s-3.28s发生开路故障，3.28s-3.42s进行容错控制。
图5为本发明S1S3S5开路故障时，容错前后三相电流、电机转速、电流轨迹圆实验结果，3s-3.14s未发生开路故障，3.14s-3.28s发生开路故障，3.28s-3.42s进行容错控制。
具体实施方式
如图1、2所示：一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，步骤1、建立开路故障后参考空间矢量数学模型，具体表达式如式(1)(2)所示：
Figure BDA0003289600230000041
Figure BDA0003289600230000042
式中，uq、ud为系统实际输出dq轴电流分量(V)；ωe为电机转速；
Figure BDA0003289600230000051
为可调变量(rpm)；
Figure BDA0003289600230000052
为矫正输出(V)；ψa、ψb、ψc为永磁体磁链分量(Wb)；iq、id为系统实际输出dq轴电流分量(A)；
Figure BDA0003289600230000053
为可调模型中系统给定值(A)；Ld、Lq为dq轴电感分量(H)；ψf为等效磁链分量(Wb)。
步骤2、将采集得到的系统参数以及变量输入至步骤1中的数学模型，得到矫正后的参考空间矢量。需要采集的系统参数包括：uq、ud、ψa、ψb、ψc、iq、id、Ld、Lq、ψf，需要根据系统实际功率以及其它运行情况给定的参数包括
Figure BDA0003289600230000054
将上述参数带入式(1)(2)中即可通过调整
Figure BDA0003289600230000055
实现对故障后的参考空间矢量的矫正，得到矫正后的参考空间矢量
Figure BDA0003289600230000056
步骤3、划分扇区，确定矫正后的参考空间矢量所在扇区；对矢量空间进行十二扇区划分，定义六个变量：
Figure BDA0003289600230000057
式中，
Figure BDA0003289600230000058
为α、β两相静止坐标系下的电压分量，即步骤2中矫正后的参考空间矢量；
定义符号函数：
Figure BDA0003289600230000059
式中，i＝A，B，C，D，E，F；
定义扇区划分坐标系函数N：
N＝Q(A)+Q(B)+2Q(C)+2Q(D)+4Q(E)+3Q(F)
通过表1确定计算值N与实际扇区编号之间存在的对应关系
表1计算值N与扇区对应关系
扇区号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ
扇区计算值 8 4 2 1 3 6 5 9 11 12 10 7
步骤4、确定正常运行时，基础矢量作用时间，确定矢量作用比例：根据SVPWM控制算法，基于THD最低原则和对称原则确定矢量作用顺序以及矢量作用时间，记录有效基础矢量Vn、Vn+1(n＝1,2,3,4,5,6)作用时间T1和T2以及零矢量V0、V7作用时间T0。Ts为采样周期。根据矢量作用时间可确定矢量作用比例如下：
Figure BDA0003289600230000061
步骤5、确定受开路故障影响区域：受开路故障影响区域如表2所示。
表2受开路故障影响扇区
Figure BDA0003289600230000062
表中，基础有效矢量未受到开路故障影响的扇区，用白色区域表示；基础有效矢量受到开路故障影响的扇区，用灰色区域表示。
步骤6、根据投影补偿比例，调整受开路故障影响区域内矢量作用比例以及作用时间：各扇区投影补偿比例如表3所示,矢量作用时间如表4所示。
表3各扇区投影补偿比例
Figure BDA0003289600230000063
表4各扇区矢量作用时间
Figure BDA0003289600230000071
零矢量作用时间为：
T0＝Ts-T1-T2
步骤7、将步骤6中的作用时间与载波调制，输出6路PWM脉冲，控制三相整流器，实现容错控制:采用DPWM调制技术，基于对称原则和THD最低原则来确定矢量的作用顺序，从而获得六路IGBT门极控制信号，实现容错控制。
实施例
为了验证该方案的有效性和可行性，本实施例对功率开关管单管开路故障和双管开路故障为例，分别进行容错控制方法验证，以S1单管开路故障、S1S3双管开路故障、S1S3S5三管开路故障为例。
图3为本发明S1开路故障时，容错前后三相电流、电机转速、电流轨迹圆实验结果，3s-3.14s未发生开路故障，3.14s-3.28s发生开路故障，3.28s-3.42s进行容错控制。
图4为本发明S1S3开路故障时，容错前后三相电流、电机转速、电流轨迹圆实验结果，3s-3.14s未发生开路故障，3.14s-3.28s发生开路故障，3.28s-3.42s进行容错控制。
图5为本发明S1S3S5开路故障时，容错前后三相电流、电机转速、电流轨迹圆实验结果，3s-3.14s未发生开路故障，3.14s-3.28s发生开路故障，3.28s-3.42s进行容错控制。
从图3-图5的结果可以看出，基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法可以有效的对开路故障后的电流以及系统的运行状态进行补偿，使得系统运行状态接近于正常的运行状态。

Claims (6)

1.一种基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、建立开路故障后参考空间矢量数学模型；
步骤2、将采集得到的系统参数以及变量输入至步骤1中的数学模型，得到矫正后的参考空间矢量；
步骤3、划分扇区，确定矫正后的参考空间矢量所在扇区；
步骤4、确定正常运行时，基础矢量作用时间，确定矢量作用比例；
步骤5、确定受开路故障影响区域；
步骤6、根据投影补偿比例，调整受开路故障影响区域内矢量作用比例以及作用时间；
步骤7、将步骤6中的作用时间与载波调制，输出6路PWM脉冲，控制三相整流器，实现容错控制。
2.根据权利要求1所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤1中，建立的开路故障后参考空间矢量数学模型，具体表达式如式(1)(2)所示：
Figure FDA0003289600220000011
Figure FDA0003289600220000012
式中，uq、ud为系统实际输出dq轴电流分量(V)；ωe为电机转速；
Figure FDA0003289600220000013
为可调变量(rpm)；
Figure FDA0003289600220000014
为矫正输出(V)；ψa、ψb、ψc为永磁体磁链分量(Wb)；iq、id为系统实际输出dq轴电流分量(A)；
Figure FDA0003289600220000015
为可调模型中系统给定值(A)；Ld、Lq为dq轴电感分量(H)；ψf为等效磁链分量(Wb)。
3.根据权利要求1所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤2中，将采集得到的系统参数以及变量输入至步骤1中的数学模型，得到矫正后的参考空间矢量。需要采集的系统参数包括：uq、ud、ψa、ψb、ψc、iq、id、Ld、Lq、ψf，需要根据系统实际功率以及其它运行情况给定的参数包括
Figure FDA0003289600220000021
将上述参数带入式(1)(2)中即可通过调整
Figure FDA0003289600220000022
实现对故障后的参考空间矢量的矫正，得到矫正后的参考空间矢量
Figure FDA0003289600220000023
4.根据权利要求1所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤3中，划分扇区，确定矫正后的参考空间矢量所在扇区；对矢量空间进行十二扇区划分，定义六个变量：
Figure FDA0003289600220000024
式中，
Figure FDA0003289600220000025
为α、β两相静止坐标系下的电压分量，即步骤2中矫正后的参考空间矢量；
定义符号函数：
Figure FDA0003289600220000026
式中，i＝A，B，C，D，E，F；
定义扇区划分坐标系函数N：
N＝Q(A)+Q(B)+2Q(C)+2Q(D)+4Q(E)+3Q(F)。
5.根据权利要求1所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤4中，确定正常运行时，基础矢量作用时间，确定矢量作用比例：根据SVPWM控制算法，基于THD最低原则和对称原则确定矢量作用顺序以及矢量作用时间，记录有效基础矢量Vn、Vn+1(n＝1,2,3,4,5,6)作用时间T1和T2以及零矢量V0、V7作用时间T0。Ts为采样周期。根据矢量作用时间可确定矢量作用比例如下：
Figure FDA0003289600220000031
6.根据权利要求1所述的基于参考空间矢量自矫正的三相整流器容错控制方法，其特征在于：步骤7中，将步骤6中的作用时间与载波调制，输出6路PWM脉冲，控制三相整流器，实现容错控制:采用DPWM调制技术，基于对称原则和THD最低原则来确定矢量的作用顺序，从而获得六路IGBT门极控制信号，实现容错控制。
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