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申请/专利权人：冶金自动化研究设计院有限公司

摘要：一种应用于三电平永磁同步电机控制的中点电压平衡方法，属于电机控制技术领域。三电平逆变器使用过程中通常会存在实际应用中直流侧上下电容不平衡而导致的中点电位漂移问题，降低了三电平逆变器在永磁同步电机控制系统中的实用性。本发明避免了通过硬件结构的改变，致使逆变器成本的增加，也可以通过改变环路的PI参数值来适应不同工况的要求，具有广泛的应用性。中点电压平衡环的加入能够减少交流输出侧低次谐波的产生，增加三电平逆变器在PMSM控制系统中的实用性。另外本发明结合使用了基于滑模速度控制器的矢量控制方法，利用滑模控制对扰动与参数不敏感、响应速度快等优点，提高了永磁同步电机调速系统的动态品质和抗扰动能力。

主权项：1.一种应用于三电平永磁同步电机控制的中点电压平衡方法，其特征在于，所采用的技术方案包括以下步骤：步骤一：通过电流检测电路或者编码器测量电机角速度ωm、三相定子电流、电磁转矩Te、转子位置θ；将测量到的三相定子电流值与转子位置θ进行Clark与Park坐标变换，计算出反馈来的d轴电流id和q轴电流iq；将测量到的电机速度与给定速度作比较，得到滑模速度控制器的输入值ENr；步骤二：将ENr送入滑模速度控制器中，输出为iqref，与反馈来的iq作差作为q轴电流控制器的输入，将0与反馈来的id作差作为d轴电流控制器的输入，然后输出分别与前馈补偿和-ωeLqiq相加，得到uq和ud；步骤三：将uq和ud作Park反变换，得到uα和uβ作为三电平SVPWM模块的两个输入，同时测量直流侧上下电容的电位差，然后进入中点电压平衡环；步骤四：合理分配冗余小矢量，实现中点电位控制功能；冗余小矢量的合理分配需要考虑两个因素：一是流出中性点电流I0的方向；二是中点电位误差Udiff变化情况；现将Udiff定义为Udiff＝Busn-Busp，其中Busn表示直流侧下电容电压，Busp表示直流侧上电容电压；对于三电平逆变器每相存在三种输出状态，分别为P、O、N；在各个扇区内，统一选择以负小矢量作为起始小矢量，第一大扇区的第I小扇区：其对应的基本电压矢量的对称空间矢量顺序为：ONN-OON-OOO-POO-OOO-OON-ONN；定义当首发矢量为ONN时，有IO＝IA，当IO大于0时，视为下电容放电，而上电容充电；当IO小于0时，视为下电容充电，而上电容放电；步骤五：在获取了IO之后，根据对应的上下电容充电关系，设计一个中点电压平衡PI环路对起始小矢量的作用时间进行调整；PI环路的输入为Udiff＝Busn-Busp，输出为BusBalancePIOut并与未加PI环路时的默认值0.5相加，设计PI控制器输出上下限幅为正负0.5；分两种情况进行讨论该正负BUS调节的过程：1当上电容电压大于下电容电压，也就是Busn＜Busp，Udiff＜0；此时PI输出趋向于一个负值，PI的作用将默认值0.5往小的方向调节；此时判断IO的方向，当IO＞0，需要减小首发矢量的作用时间，即减少对下电容放电的时间；当IO＜0，则需要增加首发矢量的作用时间，即增加对下电容充电的时间；2当上电容电压小于下电容电压，也就是Busn＞Busp，Udiff＞0；此时PI输出趋向于一个正值，即将默认值0.5往大的方向调节；此时判断IO的方向，当IO＞0，则减大首发矢量的作用时间，即增加对下电容放电的时间；如果IO＜0，则减小首发矢量的作用时间，即减小对下电容充电的时间；通过正确判断的方向以及所设计的PI环路，对各个扇区内基本矢量作用时间进行重新计算以及分配，最后输出PWM波；步骤六：利用上述步骤生成的PWM波控制三电平逆变器各个开关器件的开关状态，实现对永磁同步电机的控制。

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