六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法及装置

本技术涉及电机控制，特别涉及一种六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法及装置。

背景技术：

1、相较多相永磁同步电机，开绕组多相永磁同步电机显示出自由度更多、母线利用率更高以及容错能力更强等特点，更契合应用于船舰、潜艇等高精度需求场合。许多国内外学者都已开展对多相开绕组永磁同步电机的相关研究，但是大多数都是对三相、五相和九相开绕组永磁电机的研究，对于六相开绕组永磁同步电机国内外研究甚少。不同于传统永磁同步电机，多相开绕组永磁同步电机增加了相数，存在多个谐波子空间，且由于电机绕组中性点的取消，定子绕组中的3次谐波子空间依然存在零序电流通路，若不对各谐波子空间分量与3次谐波电流进行抑制，谐波电流的存在会降低系统运行效率与稳定性。

2、相关技术中，传统的电流谐波抑制方法多为添加谐波电流环、谐波注入或比例谐振控制等。

3、然而，相关技术偏重从外部施加一定作用来抑制电流谐波，不仅会增加系统的复杂程度，且会增大系统对电机参数的依赖程度，亟待改善。

技术实现思路

1、本技术提供一种六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法及装置，以解决相关技术偏重从外部施加一定作用来抑制电流谐波，不仅会增加系统的复杂程度，且会增大系统对电机参数的依赖程度的问题。

2、本技术第一方面实施例提供一种六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法，包括以下步骤：基于六相开绕组永磁同步电机的预设数学模型，对所述六相开绕组永磁同步电机进行子平面分解，得到基波平面、三次谐波平面和五次谐波平面；基于六相h桥逆变器的空间电压矢量，将所述基波平面分为目标扇区，并筛选出所述三次谐波平面投影分量为零时的空间电压矢量，并根据所述空间电压矢量得到所述目标扇区内空间矢量脉宽调制svpwm的备选矢量；根据所述备选矢量和所述五次谐波平面的投影量之间的比例关系，计算合成分量为零时的空间矢量作用时间；根据所述空间矢量作用时间对所述六相h桥逆变器进行双边调制，得到双边调制结果，并根据所述双边调制结果优化所述六相h桥逆变器的开关动作，得到优化后的开关动作，以根据所述优化后的开关动作抑制所述六相开绕组永磁同步电机的双边svpwm谐波。

3、可选地，在本技术的一个实施例中，所述基于六相开绕组永磁同步电机的预设数学模型，对所述六相开绕组永磁同步电机进行子平面分解，得到基波平面、三次谐波平面和五次谐波平面，包括：建立所述六相开绕组永磁同步电机在自然坐标系下的电压、磁链、运动和转矩的方程；根据clark变换矩阵将所述六相开绕组永磁同步电机进行解耦，得到静止坐标系下的子系统；根据park变换矩阵得到所述六相开绕组永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型；根据所述方程、所述子系统和所述数学模型对所述六相开绕组永磁同步电机进行所述子平面分解，得到所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面。

4、可选地，在本技术的一个实施例中，所述六相开绕组永磁同步电机在所述自然坐标系下的电压、磁链、运动和转矩的方程分别为：

5、

6、ψs＝lsis+γsψf，

7、

8、其中，te为电磁转矩，tl为负载转矩，pn为极对数，ψf为转子磁链，θ为转子位置与α轴的角度差，is为定子电流，rs为定子绕组电阻矩阵，ls为定子绕组电感矩阵，ωm为转子机械角速度，b为阻尼系数，γs为转子n极(重合与α轴)与各绕组之间的角度矩阵，ψs为定子磁链；

9、所述clark变换矩阵的表达式为：

10、

11、所述park变换矩阵的表达式为：

12、

13、可选地，在本技术的一个实施例中，所述基于六相h桥逆变器的空间电压矢量，将所述基波平面分为目标扇区，并筛选所述三次谐波平面投影分量为零时的空间电压矢量，并根据所述空间电压矢量得到所述目标扇区内空间矢量脉宽调制svpwm的备选矢量，包括：将所述基于六相h桥逆变器的空间电压矢量分别在所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面进行投影，得到投影后的基波平面、投影后的三次谐波平面和投影后的五次谐波平面；根据所述投影后的基波平面、所述投影后的三次谐波平面和所述投影后的五次谐波平面获取六相h桥的不同开关组合在在所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面的第一空间电压矢量；筛选出所述三次谐波平面投影分量为零时的第二空间电压矢量，并根据所述第一空间电压矢量和所述第二空间电压矢量得到所述目标扇区内所述空间矢量脉宽调制svpwm的备选矢量。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，所述空间电压矢量分别在所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面进行投影的计算公式为：

15、

16、其中，sa、sb、sc、sd、se、sf分别为各相开关管的导通状态，udc为直流电压源，u1为所述基波平面的空间电压矢量，u3为所述三次谐波平面的空间电压矢量，u5为所述五次谐波平面的空间电压矢量。

17、可选地，在本技术的一个实施例中，所述根据所述空间矢量作用时间对所述六相h桥逆变器进行双边调制，得到双边调制结果，包括：将所述六相h桥逆变器分为第一六相h桥逆变器和第二六相h桥逆变器；将所述空间电压矢量作用时间以svpwm脉冲形式对所述第一六相逆变器和所述第二六相h桥逆变器分别进行调制，得到所述双边调制结果。

18、本技术第二方面实施例提供一种六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制装置，包括：分解模块，用于基于六相开绕组永磁同步电机的预设数学模型，对所述六相开绕组永磁同步电机进行子平面分解，得到基波平面、三次谐波平面和五次谐波平面；筛选模块，用于基于六相h桥逆变器的空间电压矢量，将所述基波平面分为目标扇区，并筛选出所述三次谐波平面投影分量为零时的空间电压矢量，并根据所述空间电压矢量得到所述目标扇区内空间矢量脉宽调制svpwm的备选矢量；计算模块，用于根据所述备选矢量和所述五次谐波平面的投影量之间的比例关系，计算合成分量为零时的空间矢量作用时间；抑制模块，用于根据所述空间矢量作用时间对所述六相h桥逆变器进行双边调制，得到双边调制结果，并根据所述双边调制结果优化所述六相h桥逆变器的开关动作，得到优化后的开关动作，以根据所述优化后的开关动作抑制所述六相开绕组永磁同步电机的双边svpwm谐波。

19、可选地，在本技术的一个实施例中，所述分解模块包括：建立单元，用于建立所述六相开绕组永磁同步电机在自然坐标系下的电压、磁链、运动和转矩的方程；解耦单元，用于根据clark变换矩阵将所述六相开绕组永磁同步电机进行解耦，得到静止坐标系下的子系统；第一获取单元，用于根据park变换矩阵得到所述六相开绕组永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型；分解单元，用于根据所述方程、所述子系统和所述数学模型对所述六相开绕组永磁同步电机进行所述子平面分解，得到所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面。

20、可选地，在本技术的一个实施例中，所述六相开绕组永磁同步电机在所述自然坐标系下的电压、磁链、运动和转矩的方程分别为：

21、

22、ψs＝lsis+γsψf，

23、

24、其中，te为电磁转矩，tl为负载转矩，pn为极对数，ψf为转子磁链，θ为转子位置与α轴的角度差，is为定子电流，rs为定子绕组电阻矩阵，ls为定子绕组电感矩阵，ωm为转子机械角速度，b为阻尼系数，γs为转子n极(重合与α轴)与各绕组之间的角度矩阵，ψs为定子磁链；

25、所述clark变换矩阵的表达式为：

26、

27、所述park变换矩阵的表达式为：

28、

29、可选地，在本技术的一个实施例中，所述筛选模块包括：投影单元，用于将所述基于六相h桥逆变器的空间电压矢量分别在所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面进行投影，得到投影后的基波平面、投影后的三次谐波平面和投影后的五次谐波平面；第二获取单元，用于根据所述投影后的基波平面、所述投影后的三次谐波平面和所述投影后的五次谐波平面获取六相h桥的不同开关组合在在所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面的第一空间电压矢量；筛选单元，用于筛选出所述三次谐波平面投影分量为零时的第二空间电压矢量，并根据所述第一空间电压矢量和所述第二空间电压矢量得到所述目标扇区内所述空间矢量脉宽调制svpwm的备选矢量。

30、可选地，在本技术的一个实施例中，所述空间电压矢量分别在所述基波平面、所述三次谐波平面和所述五次谐波平面进行投影的计算公式为：

31、

32、其中，sa、sb、sc、sd、se、sf分别为各相开关管的导通状态，udc为直流电压源，u1为所述基波平面的空间电压矢量，u3为所述三次谐波平面的空间电压矢量，u5为所述五次谐波平面的空间电压矢量。

33、可选地，在本技术的一个实施例中，所述抑制模块包括：划分单元，用于将所述六相h桥逆变器分为第一六相h桥逆变器和第二六相h桥逆变器；调制单元，用于将所述空间电压矢量作用时间以svpwm脉冲形式对所述第一六相逆变器和所述第二六相h桥逆变器分别进行调制，得到所述双边调制结果。

34、本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法。

35、本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法。

36、本技术第五方面实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的六相开绕组永磁同步电机的谐波抑制方法。

37、本技术实施例可以通过对soew-pmsm进行数学建模与子空间分解，分析6相h桥逆变器不同开关组合产生的空间电压矢量，筛选出在3次谐波子空间投影分量为零的空间电压矢量，将这些矢量作为svpwm的备选矢量，分析备选矢量在5次谐波子空间投影量之间的比例关系，通过比例关系分配各矢量的作用时间，以实现对3、5次谐波电流的高精度抑制，并通过双边调制的方法，避免了开关脉冲在一个周期内跳变多次的情况。由此，解决了相关技术偏重从外部施加一定作用来抑制电流谐波，不仅会增加系统的复杂程度，且会增大系统对电机参数的依赖程度等问题。

38、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。