无电解电容永磁电机驱动系统能量耦合行为及稳定运行机理研究

基本信息
批准号:51877054
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:王高林
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:贵献国,赵楠楠,丁大尉,王奇维,李斌兴,张容驰,刘然,肖殿勋,王国鑫
关键词:
转速控制稳定性永磁同步电机无电解电容矢量控制
结项摘要

With the development of the modern motor drives, the electrolytic capacitor has been one of the weakest components which affect the reliability of the motor system. This project focuses on the key scientific issues of the electrolytic capacitor-less permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives. In order to meet the demand of high reliability and low cost for the modern motor drive applications, the energy coupling behavior and the stability mechanism are researched. Firstly, the multi-mode energy flow characteristics and energy interactive coupling behavior of the electrolytic capacitor-less PMSM drives are revealed, and the complete equivalent dynamic impedance model of the inverter-PMSM will be established. By synthesizing the load dynamic impedance characteristics, the active damping approach based on virtual positive impedance method is studied. Through the estimation of attraction domain at the operating points, the large signal stability of the system is analyzed, and the strategy for enlarging the attraction domain of the system based on multi-model modeling approach is presented. In this way, the wide–speed-range operation and the anti-disturbance ability of the electrolytic capacitor-less drives can be achieved. In order to meet the demand for multiple performance of the electrolytic capacitor-less PMSM drives, the multiple-performance synergetic control method of the system is presented by synthesizing the complicated dynamic constraint and multiple performance target of the system. On the basis, the described energy coupling behavior and the proposed stability mechanism are combined to establish a theoretical system, which provides the theoretical basis to solve the key technique issues for the applications of electrolytic capacitor-less PMSM drives.

随着现代电机驱动技术的发展,电解电容已成为影响电机系统可靠性的主要薄弱环节。本项目针对无电解电容永磁电机驱动系统的关键科学问题,研究其能量交互耦合行为及稳定运行机理,以满足现代电机驱动系统对高可靠性及低成本的应用需求。从揭示无电解电容驱动系统多模态能量流特征及能量交互耦合行为入手,建立完备的逆变器-永磁电机等效动态阻抗模型,综合负载动态阻抗特性研究基于虚拟正阻抗有源阻尼控制的谐振抑制方法。并通过运行点吸引域估计法分析系统大信号稳定性,提出基于多模型建模的可扩大系统吸引域的控制策略,以增强无电解电容电机驱动系统宽速域运行和抗负载扰动能力。针对无电解电容永磁电机驱动系统多性能控制要求,通过对系统复杂动态约束及多性能目标进行综合,提出多性能协同控制方法。在此基础上,将所研究的能量耦合规律及稳定运行机理形成理论体系,为无电解电容永磁电机驱动系统关键技术应用奠定理论基础。

项目摘要

本项目针对二极管不控整流型无电解电容永磁电机驱动系统,致力于解决系统稳定运行和多性能协同控制关键科学问题。揭示了无电解电容驱动系统能量交互耦合的多模态能量流特征,阐明了逆变器-电机等效动态阻抗对系统阻尼特性的影响机理。提出了基于虚拟阻抗的有源阻尼直流母线电压和电流谐振抑制方法,给出了无电解电容驱动系统稳定运行的条件及调控方法,提升了系统宽速域运行和抗扰动能力。提出了网侧及机侧多性能协同控制策略。通过对控制方法及理论的研究,为无电解电容永磁电机驱动系统关键技术奠定了理论基础,为实际应用提供了重要支撑。本项目取得了创新性成果,共发表学术论文29篇,其中IEEE会刊SCI论文19篇,EI论文8篇;授权国家发明专利11件;获得2021年度黑龙省技术发明一等奖;培养博士研究生毕业3人(1人入选全国博士后创新人才支持计划,2人被聘为哈尔滨工业大学助理教授),1名博士生赴丹麦科技大学进行为期1年的联合培育,培养硕士研究生毕业6人,在读博士生2人,在读硕士生2人。项目负责人在2022年第十届电工技术前沿问题学术论坛、2020电力电子与变频电源“十四五规划”路线学术论坛作关于“无电解电容永磁电机驱动控制技术”的大会报告;在ICEMS 2022国际会议、2022 IEEE 5th International Electrical and Energy Conference作Tutorial报告;在IPEMC2020-ECCE Asia国际会议组织Special Session "Electrolytic capacitor-less motor drive",对该研究方向的最新研究成果进行研讨;参加2022 IECON、2021 ICEMS、IPEMC2020-ECCE Asia、等国际学术会议,对项目研究成果进行汇报交流。总体上,项目完成了立项的预期目标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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