并联逆变器馈电PMSM调速系统谐波和环流控制王政郑杨张兵储凯张秀斌1（1.东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050）电机电流谐波性能差的问题，提出一种并联逆变器馈电永磁同步电机控制策略来协调控制不同并联逆变器模块实现电机总电流波形优化，并有效地抑制并联逆变器模块间环流。分析并联逆变器馈电PMSM调速系统的电路结构及并联逆变器环流的等效电路模型，提出针对并联逆变器PMSM调速系统的移相空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术和随机SVPWM技术，并通过在SVPWM中动态分配零矢量作用时间来抑制各逆变器模块间的环流。仿真和。2台逆变器在直流侧共用直流母线，交流输出侧均串联均流电抗器。为中系统的等效电路图。PMSM等效为带有反电势的阻感负载模型。

　　两台逆变器等效为两组三相电压源，在直流侧电容中性点间通过中线连接，零序电流通过均流电抗器、直流侧电容在两台逆变器之间流动。图中eia、eib、eic为逆变器1的三相输出电压；a、ib、。为逆变器1的三相输出电流；e2a、2b、2.为逆变器2的三相输出电压；i2a、2b、2c为逆变器2的三相输出电流；ema、emb、em.为电机的三相反电势；V1n、2n、mn分别为逆变器1、直流侧电容中性点和电机中性点电压；L1、乙、及1、及2分别为逆变器1、支路中的电感和电阻；Lm-Rm为电机电感和电阻；Ln、圪为逆变器1、间中性线电感和电阻；in为逆变器1、2之间的中线电流。

　　2控制策略为本文提出的并联逆变器馈电PMSM调速系统控制框图。控制操作均是在dq.同步坐标系下实现。在所示控制系统中，采用了传统的转子磁场定向的矢量控制。两组逆变器控制模块共用个转速环，将电机给定转速值与实际转速进行比较，并通过PI调节器得到电机转矩电流。将该电流除以逆变器模块数N，得到各个逆变器模块的q轴电流。采用这种逆变器模块q轴电流的获取方式也间接引入了=Rm+pLm，=心+PLn，得到系统在dq0同步坐标系下的等效电路图，如所示。eidiPe2d、e2q分别为2台逆变器d、q轴输出电压，d、Pi2d、i2q分别为2台逆-‘2=in/3为零序环流。2台逆变器d、q轴的输出电压之和eid+e2d、iq+e2q作用产生电机电流d +i2d、iq+i2q来提供电机转矩；电流d逆变器交叉电流，由2台逆变器输出电压之差eid +e2q、id+e2q作用产生，该电流在2台逆变器之间流动，不产生电机转矩。零序环流0通过均流电抗器、直流电容在2台逆变器之间流动。不同逆变器的不同开关动作和电路阻抗不匹配均会导致输出电压的差异M，由于零序电流通道上的低频阻抗较小，因此会在2个逆变器间产生较大的环流。中可以看出0轴的电流与d、q轴的电流是相互独立的。传统的控制器通常只对dq0同步坐标系下的d轴和q轴电流进行控制，而0轴上的电流无法用d、q轴电流控制器来控制。因此并联逆变器馈电PMSM调速系统控制策略中，需要引入一个额外的零序电流控制环节保证系统正常工作。

　　2.1谐波抑制采用的移相SVPWM技术基本原理8为：若逆变器并联单元数为N将各逆变器单元开关周期的初始相位相互错开2n/N这样就可以在较低的单台逆变器开关频率下产生较高的并联逆变器等效开关频率输出波形。这样既满足了大功率开关器件对较低开关频率的要求，又能够改善电机电流谐波性能。

　　根据双重傅里叶变换理论，所有基于载波调制的PWM波都具有调制波和载波的双重频率特性。

　　源于电机磁链的跟踪控制，而中给出了SVPWM的调制波通用表达式，即在相电压调制波中注入3次及3的倍数次谐波，而在线电压调制波中3次及3倍数次谐波自然消除，因此线电压的调制波将呈现为正弦波。AB相间线电压的调制波和A相电压具体数学表达式分别为根据SPWM的类似分析方法，推得SVPWM线电压的双重傅里叶级数为从式（7）中，可以得到以下结论：1）逆变器并联单元总的输出线电压基波幅值为率；n为n阶贝塞尔函数，Dmn为双重傅里叶变换系数。

　　时间（10ms/格）频率/kHz（a）无环流控制时间（1ms/格）（b）有环流控制时间（1ms/格）（c）无环流控制时间（1ms/格）（d）有环流控制稳态实验波形图砚（c）随机开关频率SVPWM 0电机电流实验波形和谐波频谱图（b）随机开关频率SVPWM）突减加转速1比较了实验中采用随机SVPWM策略前后的输出线电压的频谱。1（a）为传统固定开关频率SVPWM的频谱，而1（b）为随机开关频率SVPWM的频谱。从1（b）中看出，同电流频谱分析致，采用随机开关频率SVPWM后，线电压频谱中的尖峰变得平滑，谐波能量平均分配在一个较宽的频段。

　　1实验线电压频谱为在采用移相SVPWM技术和零序环流控制下的并联逆变器馈电PMSM调速系统动态实验波形图。n为电机转速为q轴电流，q为q轴实际电流为d轴电流与d轴实际电流误差值。2（a）、（b）中，系统在q时刻转速由600r/min突减到500r/min，在t2时刻突升至600r/min.该过程中，系统转速响应速度快，几乎没有超调。由于速度外环的影响，q轴电流和在逆变器电流在突变时刻有定过冲，但之后较快地达到稳态。d、q轴实际电流能够一直很好地跟踪电流。2（c）、（d）中，系统在q时刻突加负载，在t2时刻突卸负载。同样，轴电流响应快，迅速跟踪负载达到稳定值。转速在突变时刻基本稳定。

　　时间（1s/格）（a）突减加转速电机电流中特定开关次数的开关谐波。随机开关频率SVPWM控制策略可以削除电机电流中的开关频率倍数附近的谐波尖峰，同样改善电机电流谐波性能。采用环流抑制环节后可以有效地消除电路中的环流，并且该控制策略在调速和突变负载的动态过程中，逆变器能够很好地均分负载电流，动态响应速度快，保证了电机驱动系统能够正常工作。

　　4结语本文提出了一种用于并联逆变器馈电PMSM调速系统的高性能控制策略。分析了2台并联逆变器馈电PMSM调速系统等效电路，得到了dq0坐标系下的电机电流、逆变器交叉电流和零序环流的等效电路。提出了针对并联逆变器馈电电机系统的移相SVPWM和随机SVPWM策略，对相应的电机中谐波进行了分析。针对电路中可能存在的零序环流，论文采用了基于动态分配SVPWM零矢量作用时间的零序环流抑制策略。但由于系统中增加了环流抑制环节，零矢量一直以开关频率在连续变化，这加剧了系统的抖动，增大了系统参数的配置难度。论文搭建了基于TMS320F2812的DSP实验平台，仿真和实验结果验证了论文提出的控制策略可以有效改善电流谐波性能，抑制电路中的零序环流，系统动态响应速度快，稳态性能良好。另外，对于多个并联逆变器系统，增加一个模块只需相应地增加电流控制器以及环流控制器，系统易于模块化拓展。