并聯逆變器饋電PMSM調速系統諧波和環流控制王政鄭楊張兵儲凱張秀斌1（1.東南大學電氣工程學院，江蘇南京210096；2.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州730050）電機電流諧波性能差的問題，提出一種并聯逆變器饋電永磁同步電機控制策略來協調控制不同并聯逆變器模塊實現電機總電流波形優化，并有效地抑制并聯逆變器模塊間環流。分析并聯逆變器饋電PMSM調速系統的電路結構及并聯逆變器環流的等效電路模型，提出針對并聯逆變器PMSM調速系統的移相空間矢量脈寬調制（SVPWM）技術和隨機SVPWM技術，并通過在SVPWM中動態分配零矢量作用時間來抑制各逆變器模塊間的環流。仿真和。2臺逆變器在直流側共用直流母線，交流輸出側均串聯均流電抗器。為中系統的等效電路圖。PMSM等效為帶有反電勢的阻感負載模型。

　　兩臺逆變器等效為兩組三相電壓源，在直流側電容中性點間通過中線連接，零序電流通過均流電抗器、直流側電容在兩臺逆變器之間流動。圖中eia、eib、eic為逆變器1的三相輸出電壓；a、ib、。為逆變器1的三相輸出電流；e2a、2b、2.為逆變器2的三相輸出電壓；i2a、2b、2c為逆變器2的三相輸出電流；ema、emb、em.為電機的三相反電勢；V1n、2n、mn分別為逆變器1、直流側電容中性點和電機中性點電壓；L1、乙、及1、及2分別為逆變器1、支路中的電感和電阻；Lm-Rm為電機電感和電阻；Ln、圪為逆變器1、間中性線電感和電阻；in為逆變器1、2之間的中線電流。

　　2控制策略為本文提出的并聯逆變器饋電PMSM調速系統控制框圖?？刂撇僮骶窃赿q.同步坐標系下實現。在所示控制系統中，采用了傳統的轉子磁場定向的矢量控制。兩組逆變器控制模塊共用個轉速環，將電機給定轉速值與實際轉速進行比較，并通過PI調節器得到電機轉矩電流。將該電流除以逆變器模塊數N，得到各個逆變器模塊的q軸電流。采用這種逆變器模塊q軸電流的獲取方式也間接引入了=Rm+pLm，=心+PLn，得到系統在dq0同步坐標系下的等效電路圖，如所示。eidiPe2d、e2q分別為2臺逆變器d、q軸輸出電壓，d、Pi2d、i2q分別為2臺逆-‘2=in/3為零序環流。2臺逆變器d、q軸的輸出電壓之和eid+e2d、iq+e2q作用產生電機電流d +i2d、iq+i2q來提供電機轉矩；電流d逆變器交叉電流，由2臺逆變器輸出電壓之差eid +e2q、id+e2q作用產生，該電流在2臺逆變器之間流動，不產生電機轉矩。零序環流0通過均流電抗器、直流電容在2臺逆變器之間流動。不同逆變器的不同開關動作和電路阻抗不匹配均會導致輸出電壓的差異M，由于零序電流通道上的低頻阻抗較小，因此會在2個逆變器間產生較大的環流。中可以看出0軸的電流與d、q軸的電流是相互獨立的。傳統的控制器通常只對dq0同步坐標系下的d軸和q軸電流進行控制，而0軸上的電流無法用d、q軸電流控制器來控制。因此并聯逆變器饋電PMSM調速系統控制策略中，需要引入一個額外的零序電流控制環節保證系統正常工作。

　　2.1諧波抑制采用的移相SVPWM技術基本原理8為：若逆變器并聯單元數為N將各逆變器單元開關周期的初始相位相互錯開2n/N這樣就可以在較低的單臺逆變器開關頻率下產生較高的并聯逆變器等效開關頻率輸出波形。這樣既滿足了大功率開關器件對較低開關頻率的要求，又能夠改善電機電流諧波性能。

　　根據雙重傅里葉變換理論，所有基于載波調制的PWM波都具有調制波和載波的雙重頻率特性。

　　源于電機磁鏈的跟蹤控制，而中給出了SVPWM的調制波通用表達式，即在相電壓調制波中注入3次及3的倍數次諧波，而在線電壓調制波中3次及3倍數次諧波自然消除，因此線電壓的調制波將呈現為正弦波。AB相間線電壓的調制波和A相電壓具體數學表達式分別為根據SPWM的類似分析方法，推得SVPWM線電壓的雙重傅里葉級數為從式（7）中，可以得到以下結論：1）逆變器并聯單元總的輸出線電壓基波幅值為率；n為n階貝塞爾函數，Dmn為雙重傅里葉變換系數。

　　時間（10ms/格）頻率/kHz（a）無環流控制時間（1ms/格）（b）有環流控制時間（1ms/格）（c）無環流控制時間（1ms/格）（d）有環流控制穩態實驗波形圖硯（c）隨機開關頻率SVPWM 0電機電流實驗波形和諧波頻譜圖（b）隨機開關頻率SVPWM）突減加轉速1比較了實驗中采用隨機SVPWM策略前后的輸出線電壓的頻譜。1（a）為傳統固定開關頻率SVPWM的頻譜，而1（b）為隨機開關頻率SVPWM的頻譜。從1（b）中看出，同電流頻譜分析致，采用隨機開關頻率SVPWM后，線電壓頻譜中的尖峰變得平滑，諧波能量平均分配在一個較寬的頻段。

　　1實驗線電壓頻譜為在采用移相SVPWM技術和零序環流控制下的并聯逆變器饋電PMSM調速系統動態實驗波形圖。n為電機轉速為q軸電流，q為q軸實際電流為d軸電流與d軸實際電流誤差值。2（a）、（b）中，系統在q時刻轉速由600r/min突減到500r/min，在t2時刻突升至600r/min.該過程中，系統轉速響應速度快，幾乎沒有超調。由于速度外環的影響，q軸電流和在逆變器電流在突變時刻有定過沖，但之后較快地達到穩態。d、q軸實際電流能夠一直很好地跟蹤電流。2（c）、（d）中，系統在q時刻突加負載，在t2時刻突卸負載。同樣，軸電流響應快，迅速跟蹤負載達到穩定值。轉速在突變時刻基本穩定。

　　時間（1s/格）（a）突減加轉速電機電流中特定開關次數的開關諧波。隨機開關頻率SVPWM控制策略可以削除電機電流中的開關頻率倍數附近的諧波尖峰，同樣改善電機電流諧波性能。采用環流抑制環節后可以有效地消除電路中的環流，并且該控制策略在調速和突變負載的動態過程中，逆變器能夠很好地均分負載電流，動態響應速度快，保證了電機驅動系統能夠正常工作。

　　4結語本文提出了一種用于并聯逆變器饋電PMSM調速系統的高性能控制策略。分析了2臺并聯逆變器饋電PMSM調速系統等效電路，得到了dq0坐標系下的電機電流、逆變器交叉電流和零序環流的等效電路。提出了針對并聯逆變器饋電電機系統的移相SVPWM和隨機SVPWM策略，對相應的電機中諧波進行了分析。針對電路中可能存在的零序環流，論文采用了基于動態分配SVPWM零矢量作用時間的零序環流抑制策略。但由于系統中增加了環流抑制環節，零矢量一直以開關頻率在連續變化，這加劇了系統的抖動，增大了系統參數的配置難度。論文搭建了基于TMS320F2812的DSP實驗平臺，仿真和實驗結果驗證了論文提出的控制策略可以有效改善電流諧波性能，抑制電路中的零序環流，系統動態響應速度快，穩態性能良好。另外，對于多個并聯逆變器系統，增加一個模塊只需相應地增加電流控制器以及環流控制器，系統易于模塊化拓展。