基于四分之一周期延時法提取5/7次dq諧波分量

王昌壘 吳文菊

摘要：針對現(xiàn)有低速永磁發(fā)電系統(tǒng)電機存在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法進行5/7次諧波dq軸分量的分解方法，并建立Matlab/Simulink仿真模型驗證方法正確性，該方法已成功應用到工程實際中，控制效果顯著。

關鍵詞：四分之一周期延時法;5/7次諧波;仿真模型;

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0924 （2022） xx-xxxx-x

0 引言

常見的鼠籠異步發(fā)電機和雙饋異步發(fā)電機由于存在齒輪箱，雙饋異步發(fā)電機還存在碳刷和滑環(huán)，使得系統(tǒng)成本高、可靠性差、維護量大等問題，并且低負荷運行時，效率較低，特別是隨著單機容量的增加，問題更加突出，直驅和無刷化越來越受到人們的關注。因此，基于直驅永磁發(fā)電機的風電機組越來越成為大功率發(fā)電機組的首選方案[1]。永磁同步電機（permanent magnet synchronous motor，PMSM）在本體結構上，由于工藝偏差、齒槽效應以及轉子永磁體結構缺陷等，引起電機本體氣隙磁場畸變，導致電機反電動勢波形畸變，主要表現(xiàn)為5次和7次諧波。在變流器驅動方面會存在死區(qū)時間和管壓降的影響[2]，這兩個方面會引起6k±1（k 為自然數(shù)）次電壓諧波。無論是電機反電動勢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。從系統(tǒng)控制策略角度，利用諧波補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償多旋轉PI控制、比例諧振（Proportional resonant，PR）控制、復矢量PI（Complex vector PI，CVPI）控制、重復控制（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控制算法較為復雜，諧波電壓補償多旋轉PI控制[3]易于工程實現(xiàn)。多旋轉PI控制的核心是能夠準確分離出5次和7次諧波在各自坐標系下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，該方法存在延時大不準確的情況，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)運行中，因氣隙磁場畸變、逆變器管壓降和死區(qū)時間等因素，導致電機電流波形畸變，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，會導致電機轉矩脈動，其中5、7 次諧波電流分量對電機運行影響較大，會導致電機電磁轉矩產生6 次脈動。本文以永磁同步電機為研究對象，探索一種5次和7次諧波分離的方法。在PMSM靜止三相坐標軸系下，5次諧波電壓向量旋轉方向與基波向量旋轉方向相反，旋轉速度為5w。7次諧波電壓向量旋轉方向與基波電壓向量旋轉方向相同，旋轉速度為7w。假設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，設置電網線電壓有效值為690V，頻率50Hz，在1-1.1s期間加入10%的5次負序諧波電壓，20%的7次正序諧波電壓，mexC函數(shù)按照5/7次提取原理進行編程，將結果輸出到示波器，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%電網電壓幅值，與電網模塊設置一致），5次諧波dq軸分量分別為68.7和6.26，均方根為68.98（10.00%電網電壓幅值，與電網模塊設置一致），從仿真可以看出該方法是有效的。

3 結束語

本論文提供了一種5/7次諧波dq軸分量提取方法，通過理論推導和仿真驗證了方法的正確性，目前該方法已在直驅變流器控制中得到應用，能夠有效地降低機側5、7次諧波電流，該方法具有很強的工程價值。

參考文獻

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