一种基于Quasi-Z源逆变器的电机模拟方法及系统

本发明涉及电机模拟，特别是涉及一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法及系统。

背景技术：

1、电机模拟器由于其测试方案能灵活、全面地测试电机驱动器在不同工况下的性能,具有很高的研究价值以及广阔的应用前景。在一些极端测试环境下，如果机器出现故障但仍然被驱动，可能导致机器损坏并引发安全问题。因此，通过电机模拟器，可以测试针对故障机器的控制策略，以防止对实际机器造成损害。

2、但现有的电机模拟技术通常采用两个三相电力变换器背靠背链接用以模拟一台实际的电机，并实现电机的四象限运行，即电能的双向流通，但该方案由于电力变换器的上下桥臂无法同时导通，因而需要考虑死区时间，降低了系统可靠性和系统中的电能质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法及系统，能够提高电机模拟精度、抗干扰能力和系统电能质量，同时降低试验成本。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法，包括：

4、对目标实际电机进行数学模型构建，并确定对应的电机输出数据；

5、将电机模拟器连接到电机驱动器的输出端口，形成电机模拟控制电路；其中，所述电机模拟器的拓扑结构由一级quasi-z源逆变器和一级普通电压源型逆变器背靠背连接构成；所述普通电压源型逆变器采用能量回馈逆变器；

6、基于所述电机模拟控制电路进行不同工况下的调试，分别对所述电机驱动器进行脉冲宽度调制，以及对所述电机模拟器进行模拟侧逆变器控制和并网逆变器控制；

7、将经调试测得的电机模拟器输出数据与所述电机输出数据进行对比，当对比结果处于设定的差值区间时，将电机模拟器的输出端口并入到三相电网，实现在不同工况下模拟目标实际电机的外部端口特性。

8、可选地，所述对目标实际电机进行数学模型构建，并确定对应的电机输出数据，具体包括：

9、将目标实际电机分别在abc坐标系和dq坐标系下建立目标电机数学模型，所述目标电机数学模型包括描述电机电气特性的电压方程和磁链方程、描述电机机械特性的转矩方程和转速方程以及四个方程的综合式；

10、利用电机本体参数获取方法对所需参数进行辨识并建表，并确定目标实际电机对应的电机输出数据；所述电机本体参数获取方法包括：试验测量、最小二乘法、模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波法。

11、可选地，所述调试中对电机模拟器模块使用双空间矢量调制策略；所述双空间矢量调制策略包括对模拟侧quasi-z源逆变器进行电网电压定向以及直流链电压前馈补偿的控制策略，以及对能量回馈逆变器进行定交流侧abc轴电流的控制策略。

12、可选地，所述模拟侧quasi-z源逆变器的调制过程为：

13、当所述模拟侧quasi-z源逆变器参考电流矢量iref落入任一扇区时，参考电流矢量iref都由所述扇区相邻的两个有效状态矢量ia和ib，以及零状态矢量iz和直通状态零矢量ist合成，有效状态矢量ia和ib分别通过占空比dα和dβ，零状态矢量iz通过占空比d0r，直通状态零矢量ist通过占空比dst，来调制逆变器的六个双向开关管sap、sbp、scp、san、sbn和scn，以及quasi-z源逆变器中quasi-z源网络的一个双向开关管s的开关状态。

14、可选地，所述能量回馈逆变器的调制过程为：

15、当所述能量回馈逆变器参考电压矢量v1落入任一扇区时，参考电压矢量v1都由所述扇区相邻的两个有效状态矢量ua和ub，以及两个零状态矢量uz1和uz2合成，有效状态矢量ua通过占空比dαμ和dβμ，有效状态矢量ub通过占空比dαv和dβv，零状态矢量uz1通过占空比da0i，零状态矢量uz2通过占空比d0r和dst，来调制逆变器的六个双向开关管sap、sbp、scp、san、sbn和scn的开关状态。

16、本发明还提供了一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟系统，应用于如上所述的电机模拟方法，包括：依次连接的电机驱动器、电机模拟器和三相电网；其中，所述电机模拟器的拓扑结构由一级quasi-z源逆变器和一级普通电压源型逆变器背靠背连接构成；所述普通电压源型逆变器采用能量回馈逆变器。

17、可选地，所述quasi-z源逆变器中的quasi-z源网络由2个耦合电感、2个电容和1个双向开关管构成。

18、可选地，所述普通电压源型逆变器采用三相交流电源作为能量回馈网络。

19、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

20、本发明公开了一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法及系统，所述方法包括对目标实际电机进行数学模型构建，并确定对应的电机输出数据；将电机模拟器连接到电机驱动器的输出端口，并分别对电机驱动器进行脉冲宽度调制，以及对电机模拟器进行模拟侧逆变器控制和并网逆变器控制；其中，电机模拟器的拓扑结构由一级quasi-z源逆变器和一级普通电压源型逆变器背靠背连接构成；将普通电压源型逆变器并入到三相电网，实现在不同工况下模拟目标实际电机的外部端口特性。本发明能够允许上下桥臂直通、采用单级结构达到升降压目的、输出波形畸变率较小的优点，进而提高电机模拟精度、抗干扰能力和系统电能质量，同时降低试验成本。

技术特征：

1.一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法，其特征在于，所述对目标实际电机进行数学模型构建，并确定对应的电机输出数据，具体包括：

3.根据权利要求1所述的基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法，其特征在于，所述调试中对电机模拟器模块使用双空间矢量调制策略；所述双空间矢量调制策略包括对模拟侧quasi-z源逆变器进行电网电压定向以及直流链电压前馈补偿的控制策略，以及对能量回馈逆变器进行定交流侧abc轴电流的控制策略。

4.根据权利要求3所述的基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法，其特征在于，所述模拟侧quasi-z源逆变器的调制过程为：

5.根据权利要求3所述的基于quasi-z源逆变器的电机模拟方法，其特征在于，所述能量回馈逆变器的调制过程为：

6.一种基于quasi-z源逆变器的电机模拟系统，应用于如权利要求1-5中任一项所述的电机模拟方法，其特征在于，包括：依次连接的电机驱动器、电机模拟器和三相电网；其中，所述电机模拟器的拓扑结构由一级quasi-z源逆变器和一级普通电压源型逆变器背靠背连接构成；所述普通电压源型逆变器采用能量回馈逆变器。

7.根据权利要求6所述的基于quasi-z源逆变器的电机模拟系统，其特征在于，所述quasi-z源逆变器中的quasi-z源网络由2个耦合电感、2个电容和1个双向开关管构成。

8.根据权利要求6所述的基于quasi-z源逆变器的电机模拟系统，其特征在于，所述普通电压源型逆变器采用三相交流电源作为能量回馈网络。

技术总结本发明公开一种基于Quasi‑Z源逆变器的电机模拟方法及系统，涉及电机模拟技术领域。所述方法包括：对目标实际电机进行数学模型构建，并确定对应的电机输出数据；将电机模拟器连接到电机驱动器的输出端口，并分别对电机驱动器进行脉冲宽度调制，以及对电机模拟器进行模拟侧逆变器控制和并网逆变器控制；其中，电机模拟器的拓扑结构由一级Quasi‑Z源逆变器和一级普通电压源型逆变器背靠背连接构成；将普通电压源型逆变器并入到三相电网，实现在不同工况下模拟目标实际电机的外部端口特性。本发明能够提高电机模拟精度、抗干扰能力和系统电能质量，同时降低试验成本。技术研发人员：刘钰鹏,邓家敏,徐东,刘钰山受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11