阻抗不匹配引起的逆变器-IPMSM系统直流侧振荡抑制方法对比
【图文】：
流环控制下的输入导纳模型，用于分析系统稳定性和设计振荡抑制方法。参考异步电机系统直轴补偿法，结合IPMSM模型，提出用于IPMSM系统的直轴电流补偿法与直轴电压补偿法，并与现有的交轴电流补偿法和交轴电压补偿法进行对比研究。针对加入阻尼补偿后的系统导纳模型进行推导，采用奈奎斯特定理，对振荡效果进行验证。根据电机模型与控制系统模型，对不同振荡抑制方法的优劣进行分析，得出双电流调节器控制下逆变器-IPMSM系统的较优振荡抑制方法。通过实验，对所提观点进行了论证。1振荡机理与系统模型1.1振荡机理图1为直流供电逆变器-电机传动系统拓扑简图。假设控制器带宽无限大，逆变器为连续能量转换系统，PMSM输出转矩或转速能完美跟随指令值，逆变器-PMSM系统可视为理想恒功率负载而呈现负阻抗(导纳)特性。该模型下，系统稳定的基本条件是系统阻尼系数为正，系统稳定判据为P0≤ＲCLu2c0(1)式中，P0、uc0分别为稳态输出功率与直流电压;Ｒ、L、C分别为直流侧电阻、电感、电容。式(1)是该类不稳定现象的经典通用判据。根据理想模型判据，系统随着输出功率的上升逐渐失稳;逆变器直流侧参数的取值与逆变器-电机系统呈现的负阻抗特性是该类不稳定现象的根本原因。图1传动系统结构简图Fig.1Thestructurediagramofdrivesystem为进行更加合理的振荡抑制控制器设计和系统性能分析，求解系统综合线性化模型，进行频域特性分析是很有必要的。对此类传动系统稳定性进行频域特性分析，可以引用直流分布式电源系统的一般性结论。文献［13］提出，对于如图2所示的典型直流分布式电源系统，即使各子模块单独设计满足稳定性要求，，集成的大系统由于各子系统间的交互关系，也可能会出现系统性能下降，甚至
电工技术学报2017年8月图2典型直流分布式电源系统Fig.2TypicalDCdistributedpowersystem例。电源侧具有一个较大的滤波电感和较小的支撑电容，系统需要匹配负载侧输入阻抗Zin才能实现系统稳定性控制。Zout/Zin转换为系统导纳模式则为Yin/Yout，可视为系统环路增益。判断传动系统稳定性的闭环传递函数可表示为［14］Gdrive=11+YinYout(2)式中，Yin为逆变器-电机系统输入导纳;Yout为直流侧LC环节输出导纳。根据该级联电气系统开环传递函数，即导纳比Yin/Yout就可判断传动系统阻抗是否匹配，系统是否稳定。具体判据为:针对开环传递函数Yin/Yout，绘制奈奎斯特图，当ω从－∞变化到+∞时，奈奎斯特曲线不环绕点(－1，0)。1.2系统导纳模型直流侧LC环节输出导纳Yout推导较为简单，且在众多文献中皆有描述，本文直接给出结果，为Yout=LCs2+ＲCs+1Ls+Ｒ(3)逆变器-电机系统输入导纳Yin的求解需要分别针对逆变器、电机以及电机控制系统进行建模。假设逆变器无能量损耗，交流侧输出功率等于直流侧输入功率，即uCic=32(udid+uqiq)(4)式中，uC为逆变器直流侧电容电压;ic为逆变器直流侧输入电流;id、iq分别为电机d、q轴电流;ud、uq分别为d、q轴电压。考虑控制延时Td，逆变器电压模型为［uduq］T=D(s)［u*du*q］T+［ud0uq0］T1－D(s)uc0uC(5)式中，D(s)为控制延时，D(s)=1/e－sTd;u*d、u*q分别为d、q轴电压的指令值;ud0、uq0分别为d、q轴电压稳态均值。IPMSM在两相同步旋转坐标系下定子电压方程与运动?
【作者单位】： 北京交通大学电气工程学院;
【分类号】：TM341;TM464
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