城轨牵引永磁同步电机驱动系统效率优化控制

2011-05-29盛义发喻寿益桂卫华刘升学周文振

中南大学学报(自然科学版) 2011年7期

盛义发，喻寿益，桂卫华，刘升学，周文振

(1. 中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙，410083；2. 南华大学电气工程学院，湖南衡阳，421001)

对已通车运营的城轨线路初步统计，城轨交通每天每公里的总耗电量为(0.4～1.6)万kW·h，其中牵引电机和控制系统的能耗占城轨交通总电耗的绝大部分[1]。高效率城轨牵引电机驱动系统对于节约能源和装置自身冷却具有重要的意义，对城轨牵引电机驱动系统的效率优化控制技术的研究引起了广泛关注。国内外电机效率优化控制方法大致分为2类：基于损耗模型的效率优化控制方法(LMC)和基于在线搜索技术的效率优化控制方法(SC)。Morimoto等[2-5]对精确损耗模型永磁同步电机效率优化进行了研究；Bose等[6-7]提出基于模糊逻辑搜索方法；Minh等[8]提出采用“黄金分割法”寻优算法；Lub等[9]提出一种效率优化混合搜索方法。由于电机控制系统存在电力电子设备，不可避免会产生电压电流谐波，引起电机的铁损、铜损和输出转矩脉振。如何减少谐波电流和谐波电压所引起的电机损耗，以提高电机运行效率，本文作者提出一种基于开关频率优化的城轨牵引IPMSM-DTC系统效率优化控制策略，选择自适应滞环宽度，采用零电压矢量优化方法。充分利用功率器件开关频率，优化PWM脉冲序列中零矢量，抑制逆变器的谐波电流电压的输出。并通过减小开关次数，降低开关电流，减少由谐波电流、电压引起的电机铁芯损耗和铜损，以提高系统的效率，改善系统的动态性能。