王昌壘 吳文菊

摘要：針對(duì)現(xiàn)有低速永磁發(fā)電系統(tǒng)電機(jī)存在5/7次諧波的控制問題，提出了一種基于四分之一周期延時(shí)法進(jìn)行5/7次諧波dq軸分量的分解方法，并建立Matlab/Simulink仿真模型驗(yàn)證方法正確性，該方法已成功應(yīng)用到工程實(shí)際中，控制效果顯著。

關(guān)鍵詞：四分之一周期延時(shí)法;5/7次諧波;仿真模型;

中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0924 （2022） xx-xxxx-x

0 引言

常見的鼠籠異步發(fā)電機(jī)和雙饋異步發(fā)電機(jī)由于存在齒輪箱，雙饋異步發(fā)電機(jī)還存在碳刷和滑環(huán)，使得系統(tǒng)成本高、可靠性差、維護(hù)量大等問題，并且低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，效率較低，特別是隨著單機(jī)容量的增加，問題更加突出，直驅(qū)和無刷化越來越受到人們的關(guān)注。因此，基于直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組越來越成為大功率發(fā)電機(jī)組的首選方案[1]。永磁同步電機(jī)（permanent magnet synchronous motor，PMSM）在本體結(jié)構(gòu)上，由于工藝偏差、齒槽效應(yīng)以及轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)缺陷等，引起電機(jī)本體氣隙磁場(chǎng)畸變，導(dǎo)致電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波形畸變，主要表現(xiàn)為5次和7次諧波。在變流器驅(qū)動(dòng)方面會(huì)存在死區(qū)時(shí)間和管壓降的影響[2]，這兩個(gè)方面會(huì)引起6k±1（k 為自然數(shù)）次電壓諧波。無論是電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)諧波還是逆變器輸出的電壓諧波，諧波幅值均隨諧波次數(shù)增大而衰減，因此主要考慮5、7次諧波，更高次諧波忽略不計(jì)。從系統(tǒng)控制策略角度，利用諧波補(bǔ)償算法來抑制電流諧波，主要電流諧波抑制策略有諧波電壓補(bǔ)償多旋轉(zhuǎn)PI控制、比例諧振（Proportional resonant，PR）控制、復(fù)矢量PI（Complex vector PI，CVPI）控制、重復(fù)控制（Repetitive Control，RC）、自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control， ADRC，其中PR控制容易引起系統(tǒng)諧振，RC和ADRC控制算法較為復(fù)雜，諧波電壓補(bǔ)償多旋轉(zhuǎn)PI控制[3]易于工程實(shí)現(xiàn)。多旋轉(zhuǎn)PI控制的核心是能夠準(zhǔn)確分離出5次和7次諧波在各自坐標(biāo)系下dq軸電流分量，傳統(tǒng)的方法是通過低通濾波的方法提取5次和7次諧波分量，該方法存在延時(shí)大不準(zhǔn)確的情況，本論文通過分析提出了一種基于四分之一周期延時(shí)法[4]分解5次和7次諧波dq軸分量的方法。

1 5次和7次諧波分離原理

在PMSM 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，因氣隙磁場(chǎng)畸變、逆變器管壓降和死區(qū)時(shí)間等因素，導(dǎo)致電機(jī)電流波形畸變，使其含有5、7、11、13 次等一系列諧波分量。這些諧波電流分量，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，其中5、7 次諧波電流分量對(duì)電機(jī)運(yùn)行影響較大，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生6 次脈動(dòng)。本文以永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，探索一種5次和7次諧波分離的方法。在PMSM靜止三相坐標(biāo)軸系下，5次諧波電壓向量旋轉(zhuǎn)方向與基波向量旋轉(zhuǎn)方向相反，旋轉(zhuǎn)速度為5w。7次諧波電壓向量旋轉(zhuǎn)方向與基波電壓向量旋轉(zhuǎn)方向相同，旋轉(zhuǎn)速度為7w。假設(shè)PMSM三相電壓僅含有5、7次諧波，電壓方程可以表示為：

從而獲得了5次和7次諧波的dq軸分量。

2 仿真驗(yàn)證5/7次諧波dq分量提取方法

搭建simulink仿真模型，電壓源采用matlab自帶的Three-Phase Programmable Voltage Source模塊，設(shè)置電網(wǎng)線電壓有效值為690V，頻率50Hz，在1-1.1s期間加入10%的5次負(fù)序諧波電壓，20%的7次正序諧波電壓，mexC函數(shù)按照5/7次提取原理進(jìn)行編程，將結(jié)果輸出到示波器，從仿真中得到7次諧波的dq軸分量為13和-137.5，均方根為138.1（20.02%電網(wǎng)電壓幅值，與電網(wǎng)模塊設(shè)置一致），5次諧波dq軸分量分別為68.7和6.26，均方根為68.98（10.00%電網(wǎng)電壓幅值，與電網(wǎng)模塊設(shè)置一致），從仿真可以看出該方法是有效的。

3 結(jié)束語

本論文提供了一種5/7次諧波dq軸分量提取方法，通過理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證了方法的正確性，目前該方法已在直驅(qū)變流器控制中得到應(yīng)用，能夠有效地降低機(jī)側(cè)5、7次諧波電流，該方法具有很強(qiáng)的工程價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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