Способ управления конвертором

Способ управления конвертором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области силовой электроники, в частности, к способу управления конвертором для электрической системы, к элементу программы для управления конвертором, к считываемому компьютером носителю, к контроллеру для конвертора и конвертору.

Уровень техники

Конверторы применяются в электрических системах при преобразовании входного напряжения, которое может быть одним напряжением постоянного тока или одним напряжением переменного тока одной частоты, в выходное напряжение, которое может быть другим напряжением постоянного тока или другим напряжением переменного тока другой частоты.

Например, если конвертор используется как инвертор, входное напряжение может быть напряжением линии постоянного тока, а выходное напряжение может использоваться для питания электрической нагрузки, такой как электрическая машина, работающая от электрического тока. Кроме того, конвертор может использоваться как выпрямитель, в этом случае он соединяется с электрической сетью и преобразует входное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока.

Почти все конверторы содержат полупроводниковые переключатели, которые формируют выходное напряжение, например, для каждой фазы электрической системы. Переключатели управляются контроллером, который определяет следующий переход на переключение и направляет этот переход на переключатели. Переход на переключение может иметь набор коммутационных состояний (т.е. открыт или закрыт соответствующий переключатель) и момент времени, при котором эти коммутационные состояния подаются на конвертор.

Существует несколько средств для формирования контроллером таких переходов на переключение.

Например, для управления внутренними характеристиками электрической системы при формировании переходов на переключение может использоваться модель прямого управления с прогнозированием вращающего момента (MPDTC). Внутренними характеристиками электропривода могут быть вращающий момент и электромагнитные потоки в двигателе. В MPDTC последовательности переключений, т.е. последовательности переходов на переключение выше определенного интервала переключения оптимизируются в реальном времени. Например, соответствующий вращающий момент, магнитный поток статора и траектория нейтральной точки могут вычисляться, используя внутреннюю модель машины, а затем может быть выбрана оптимальная последовательность переключений, которая характеризует наименьшие потери при переключениях или наименьшую частоту переключений. Затем первый переход на переключение из последовательности переключений может подаваться в конвертор, и следующая последовательность может быть оптимизирована онлайн.

Прямое управление вращающим моментом может обеспечить очень быструю реакцию на вращающий момент, но это может привести к относительно высоким значениям гармонических искажений токов статора и электромагнитного вращающего момента управляемой машины для заданного значения частоты переключений или потерь при переключении.

Другое средство заключается в использовании оптимизированных последовательностей импульсов (OPPs). Вообще оптимизированная последовательность импульсов может быть последовательностью переходов на переключение, которая оптимизирована относительно требуемого уровня оптимизации. Например, оптимизированные последовательности импульсов могут быть рассчитаны в режиме офлайн для всех индексов модуляции и частот переключения двигателя или какой-либо другой физической системы, которая работает в качестве нагрузки конвертора, и может быть оптимизирована таким образом, что общее искажение тока для заданной частоты переключений будет минимальной. Контроллер может выбирать оптимизированную последовательность импульсов из таблицы поиска, в которой хранятся оптимизированные последовательности импульсов, и подавать переходы на переключение выбранной оптимизированной последовательности импульсов на конвертор. Однако использование оптимизированных последовательностей импульсов может привести к очень длительным переходным режимам и к гармоническим искажениям токов статора при изменении рабочей точки: даже совсем малые изменения рабочей точки могут привести к сравнительно высоким искажениям гармонического тока. Такими искажениями гармоник могут считаться как токовые искажения или, что то же самое, так и искажения магнитного потока.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является создание конвертора с быстрой реакцией на управляющее воздействие, в частности с быстрой реакцией на вращающий момент, и малым искажением высшими гармониками.

Эта цель достигается в соответствии с содержанием независимых пунктов формулы изобретения и нижеследующих вариантов осуществления изобретения. Кроме того, типичные варианты осуществления изобретения очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.

Первой особенностью изобретения является способ управления конвертором для электрической системы. Электрической системой может быть электрическая машина, например двигатель или генератор, может быть электросеть или какая-либо другая электрическая нагрузка.

В соответствии с вариантом реализации изобретения электрической системой может быть многофазная система, т.е. система, содержащая не одну, а несколько фаз, в частности три фазы.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения конвертор предназначен для создания, по меньшей мере одного выходного напряжения из (по меньшей мере одного) входного напряжения с помощью переключателей, например полупроводниковых переключателей. Например, конвертор может быть частью непрямого конвертора и может быть приспособлен для преобразования входного напряжения постоянного тока в несколько фаз выходного напряжения. Полупроводниковые переключатели конвертора могут быть мощными полупроводниковыми переключателями, и конвертор может быть приспособлен для работы с токами в диапазоне до 10 кА и напряжениями в диапазоне между 1 кВ и 35 кВ.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ содержит этап (а) определения последовательности переключений для конвертора, основанный на реальном состоянии электрической системы. Последовательность переключений может содержать последовательность переходов на переключение конвертора, где каждый переход на переключение имеет время перехода. Обычно переход на переключение может иметь момент времени перехода, т.е. время перехода или момент переключения, и уровень напряжения. Момент времени может указывать, когда конвертор должен формировать переход на переключение так, чтобы коммутационные состояния переключателей были такими, чтобы конвертор формировал уровень напряжения перехода на переключение.

Например, если конвертор является двухуровневым инвертором, то выходное напряжение инвертора может быть 0 и + V_DC и инвертор имеет уровни напряжения 0 и +1, где V_DC является напряжением линии постоянного тока. Если инвертор является трехуровневым конвертором, то выходные напряжения могут быть -V_DC, 0,+V_DC с уровнями напряжения -1, 0,+1.

Момент времени перехода на переключение может быть задан углом переключения. Затем момент времени перехода на переключение может быть получен из угла переключения при помощи частоты тока электрической системы.

В многофазной системе выходное напряжение может быть многофазным напряжением, и переходы на переключение могут иметь уровни напряжения для каждой из фаз выходного напряжения.

Примерами реального состояния электрической системы являются мгновенные значение тока или напряжения привода или сети, рассчитанные магнитные потоки в системе, например рассчитанный магнитный поток ротора и рассчитанный магнитный поток статора, и рассчитанный вращающий момент электрического двигателя. Далее примерами являются напряжение линии постоянного тока и активная и реактивная мощности нагрузки. Следует отметить, что даже в том случае, когда электрическая система не содержит машину, например, в случае когда электрическая система является электрической сетью, виртуальные магнитные потоки, например виртуальный магнитный поток ротора и виртуальный магнитный поток статора, могут быть определены с помощью импеданса сети, фильтра и/или трансформатора между конвертором и сетью. Эти виртуальные магнитные потоки могут использоваться для расчета виртуального вращающего момента.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения расчет величин фактического или текущего состояния электрической системы может основываться на модели системы. В частности, токи и напряжения системы, например токи и напряжения в машине, могут быть измерены, и исходя из этого могут быть рассчитаны или определены магнитные потоки с помощью внутренней модели машины.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ содержит этап (b) преобразования последовательности переключений путем изменения, по меньшей мере, одного времени перехода переключения из последовательности переключений так, чтобы искажение магнитного потока, основанное на разнице между расчетным значением магнитного потока электрической системы и опорным значением магнитного потока электрической системы, было устранено или минимизировано.

Может оказаться, что последовательность переключений получена таким образом, что достигается определенный уровень оптимизации, например, минимизировано общее искажение высшими гармониками (THD). Однако при вычислении оптимизации в отношении электрических систем делались определенные допущения. Например, последовательность переключений определялась таким образом, что общее искажение высшими гармониками электрической системы минимизируется при условии, что электрическая система работает в установившемся режиме.

Чтобы компенсировать эти искажения, последовательность переключений может быть изменена таким образом, что компенсируются искажения магнитного потока. Например, искажением магнитного потока может быть разница между расчетным магнитным потоком и опорным магнитным потоком. Расчетный магнитный поток может быть определен исходя из действительного состояния электрической системы, например, опорный магнитный поток уже определен при формировании последовательности переключений; а последовательность переключений может быть изменена путем передвижения времени перехода переключений, т.е. изменяются только времена перехода, но не уровень напряжения переходов на переключение. Таким образом, искажения магнитного потока могут компенсироваться, и уровень оптимизации, при котором формируется последовательность переключений, может быть почти достигнут при помощи преобразованной последовательности переключений.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ содержит этап (с) подачи преобразованной последовательности переключений в конвертор. Например, контроллер конвертора содержит память, где хранится действительная последовательность переключений, которая периодически подается на конвертор. Когда определена или рассчитана преобразованная последовательность переключений, действительная последовательность переключений может быть заменена преобразованной последовательностью переключений.

В итоге можно сказать, что суть изобретения состоит в том, что конвертор электрической системы управляется таким образом, что последовательности переключений, которые определены в режиме офлайн по отношению к определенному уровню оптимизации, модифицируются (преобразуются) на втором этапе так, чтобы последовательность переключений могла быть затем оптимизирована в реальном времени за счет корректирования искажения магнитного потока, что может явиться результатом определенных допущений, на которых основана первая оптимизация последовательности переключений.

Другими причинами искажений магнитного потока могут являться неточности модели машины или модели сети или флуктуации на линии постоянного тока, что невозможно точно спрогнозировать. Во время работы в переходном режиме OPPs могут изменяться, поскольку эти переходные состояния невозможно предсказать или вычислить, а также спланировать. Операции в переходном режиме могут содержать переключение между разными OPPs, например от ОРР с числом пульсации d=6 до ОРР с числом пульсации d=5. В этих случаях также может появиться искажение магнитного потока, которое необходимо компенсировать.

В соответствии с изобретением на этапе (d) время перехода изменяется путем прибавления сдвига по времени ко времени перехода, где сдвиг по времени определяется так, чтобы искажение магнитного потока, по меньшей мере, частично компенсировалось. Обычно магнитный поток, связанный с зависящим от времени напряжением, пропорционален интегралу по времени зависящего от времени напряжения. Следовательно, искажение магнитного потока может быть скомпенсировано путем прибавления сдвига по времени ко времени перехода, т.е. путем сдвига (перемещения вперед или задержки) времени перехода. Время перехода или ряд времен перехода может быть сдвинут по времени так, чтобы преобразованная последовательность переключений имела магнитный поток, который приблизительно равен опорному магнитному потоку, т.е. так, чтобы искажение магнитного потока компенсировалось.

Следует отметить, что в многофазной системе каждая фаза системы может иметь разные искажения магнитного потока, т.е. существует искажение магнитного потока в каждой фазе, а искажение магнитного потока представляет собой вектор.

Обычно не только одно время перехода будет изменяться, а по меньшей мере несколько времен перехода или все времена перехода последовательности переключений могут быть изменены. В этом случае возможно, что времена перехода либо модифицируются путем прибавления одинакового сдвига по времени, либо путем прибавления различных сдвигов по времени (сдвигов), т.е. каждое время перехода может иметь соответствующий сдвиг по времени, который отличается от сдвига по времени другого времени перехода. Прибавление одинакового сдвига по времени к нескольким временам перехода может упростить вычисления.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения полный сдвиг по времени получается из искажения магнитного потока. В случае многофазной системы полный сдвиг по времени может быть для каждой фазы системы. Полный сдвиг по времени (по меньшей мере, частично) может распределяться на ряд сдвигов по времени для различных времен перехода, так что соблюдаются ограничения на последовательность переключений.

Обычно невозможно произвольно изменять времена перехода последовательности переключений. Например, может быть наложено ограничение, что порядок переходов на переключение не должен модифицироваться. Следовательно, величина сдвига по времени (который также может быть отрицательным) одной последовательности переключений может быть ограничена таким образом, что переход на переключение не следует после своих соседних переходов на переключение. Кроме того, могут существовать нижний и верхний пределы времен перехода, например, время первого перехода не может быть меньше, чем действительный момент времени.

В соответствии с вариантом реализации изобретения сдвиги по времени определяются таким образом, что они минимизируются и соблюдаются ограничительные условия на последовательность переключений. В том случае, когда сдвиги по времени минимизированы, т.е. сдвиги по времени выбраны таким образом, что максимальные значения сдвигов по времени минимальны, то может быть, что уровень оптимизации, который должен достигаться оптимизацией непреобразованной последовательности переключений, также может быть достигнут посредством преобразованной последовательности переключений. Например, такая минимизация сдвигов по времени может достигаться при помощи задач квадратичного программирования, так как минимизация искажения магнитного потока и минимизация сдвигов по времени чаще всего квадратичная для сдвигов по времени при использовании квадратичных коррекций в отношении искажения магнитного потока и сдвигов по времени. При допущении, что существует только один сдвиг по времени для времен переключения одной фазы, квадратичная программа может быть составлена, как так называемая действующая постоянная квадратичная программа с только несколькими итерациями, например двумя. Это может привести к простой процедуре вычисления оптимизации.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сдвиг по времени для первого перехода переключения последовательности переключений определяется так, чтобы максимально корректировались искажения магнитного потока и соблюдались ограничительные условия относительно последовательности переключений. Это может выполняться с помощью так называемого алгоритма апериодического управления. Другими словами вычисляется полный сдвиг по времени, и этот сдвиг по времени распространяется на первые переходы переключений последовательности переключений. В случае когда электрическая система является многофазной, апериодический алгоритм далее может быть упрощен в смысле вычислений путем сокращения промежутка времени, в течение которого изменяется последовательность переключений. В данном случае промежуток времени может определяться как число переходов переключений в начальной части последовательности переключений, которая может быть преобразована с помощью процедуры оптимизации. Промежуток времени может выбираться таким образом, чтобы только две фазы имели переходы переключения в пределах этого промежутка. В этом случае вычисление полного сдвига по времени может упроститься даже больше.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения на этапе (b) по меньшей мере два перехода переключения с равными временами перехода вносятся в последовательность переключений прежде, чем последовательность переключений преобразуется. Эти два перехода переключения могут иметь равные уровни напряжения и, следовательно, не оказывают никакого воздействия на магнитный поток, который пропорционален интегралу по напряжению и, следовательно, не влияет на выходное напряжение и состояние электрической системы. Однако алгоритм оптимизации может перемещать времена двух переходов переключений, и в том случае, когда два перехода переключения имеют различные времена перехода в преобразованной последовательности переключений, создается дополнительный импульс. Путем внесения этих по меньшей мере двух переходов переключений преобразованная последовательность переключений может быть преобразована и далее.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения на этапе (а) последовательность переключений может быть выбрана на основании заранее вычисленных последовательностей переключений. Например, заранее вычисленные последовательности переключений хранятся в энергонезависимом или в энергозависимом запоминающем устройстве контроллера конвертора и считываются с этого запоминающего устройства на основании определенного критерия выбора. Например, заранее вычисленные последовательности переключений могут быть так называемыми оптимизированными структурами импульсной последовательности (ОРР). Оптимизированная структура импульсной последовательности может быть заранее вычисленной со ссылкой на определенный критерий оптимизации, например низкое общее искажение высшими гармониками (THD). Оптимизированные структуры импульсной последовательности могут храниться в таблице со ссылкой на индекс модуляции и число пульсаций. Например, оптимизированные структуры импульсной последовательности не нуждаются в хранении в течение полного периода 360°, а только в течение одной четверти полного периода. Структуры импульсной последовательности, которые имеют четвертьволновую симметричность, дают повышение только нечетным незначительным гармоникам, т.е. гармоникам порядка 5, 7, 11, 13, 17, 19, когда подаются на трехфазную систему. Из этого четверть периода может формироваться импульсная последовательность одной фазы в пределах всего периода 360°, а последовательность переключений для многофазной системы может формироваться путем сдвига импульсной последовательности одной фазы соответствующим сдвигом по фазе.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения опорный магнитный поток определяется как вектор в прямоугольной системе координат. В многофазной системе магнитные потоки являются векторами (например, пространственными векторами в случае трехфазной системы). Однако, например, в трехфазной системе присутствуют только две степени свободы для различных напряжений, так как третье измерение, нейтральная ось или ось синфазного режима не возбуждает ток во включенной по схеме звезда нагрузке, у которой нейтральная точка звезды не подключена. Это обстоятельство может быть использовано для преобразования трехмерных векторов магнитного потока или в общем случае всякий вектор системы в двухмерный вектор. Примером такой ортогональной системы координат является система координат (ά-β). В этом случае (ά -β)-преобразование может рассматриваться как проекция трехфазных величин (например, напряжения, токов компонентов вектора магнитного потока) на две стационарные оси, ось ά и ось β.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения угол вектора опорного магнитного потока основывается на сумме угла вектора расчетного магнитного потока статора и опорного угла, где опорный угол определяется исходя из действительного состояния электрической системы. Как уже говорилось, действительное состояние системы может характеризоваться расчетным магнитным потоком ротора и расчетным магнитным потоком статора, расчетным вращающим моментом, который пропорционален векторному произведению магнитного потока статора и магнитного потока ротора, а также опорным вращающим моментом. Так как эти два вектора магнитного потока должны соответствовать вышеупомянутому векторному произведению, может быть определен опорный угол между двумя векторами магнитного потока.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения опорный угол может быть установлен с помощью замкнутой системы автоматического управления с обратной связью между расчетной величиной действительного состояния электрической системы и соответствующей опорной величиной. Например, расчетной величиной может быть расчетный вращающий момент вращающейся электрической машины и соответствующей опорной величиной может быть опорный вращающий момент.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения модуль, т.е. длина, вектора магнитного потока, например вектора опорного магнитного потока, определяется исходя из угла вектора магнитного потока и последовательности переключений. Например, на первом этапе вычисляется только угол вектора опорного магнитного потока, а на втором этапе определяется длина вектора магнитного потока. Модуль вектора магнитного потока может быть вычислен с помощью интегрирования зависящего от времени напряжения, определяемого последовательностью переключений; верхним пределом этого интегрирования может быть угол вектора магнитного потока, который уже определен на первом этапе. Это вычисление может быть произведено в реальном времени, или величина магнитного потока может храниться в таблице поиска и может быть предварительно вычислена для каждой оптимизированной импульсной последовательности.

Однако возможно, чтобы вектор магнитного потока имел постоянную величину, что может обеспечить относительно точный расчет.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения электрическая система содержит вращающуюся электрическую машину, т.е. двигатель или генератор. В этом случае искажение магнитного потока может быть искажением магнитного потока статора, расчетный магнитный поток может быть расчетным магнитным потоком статора и опорный магнитный поток может быть опорным магнитным потоком статора. Как уже сказано, расчетные величины могут рассчитываться таким образом, что сначала измеряются токи и напряжения вращающейся электрической машины и что эти измеренные величины подаются в модель электрической машины. Модель электрической машины может храниться в контроллере конвертора, который принимает измеренные величины в качестве входных величин, и выдает расчетные величины в качестве выходных величин.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения на этапе (а) последовательность переключений может быть выбрана на основании индекса модуляции конвертора, причем индекс модуляции показывает соотношение между амплитудой входного напряжения конвертора и амплитудой выходного напряжения конвертора. Как правило, таким путем выбираются оптимизированные импульсные последовательности.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения индекс модуляции устанавливается с помощью контроллера с обратной связью между расчетной величиной действительного состояния системы и соответствующей опорной величиной. Например, расчетной величиной может быть расчетный магнитный поток статора или расчетный магнитный поток ротора вращающейся электрической машины, а опорной величиной может быть опорный магнитный поток статора или опорный магнитный поток статора вращающейся электрической машины.

Следующее положение изобретения относится к элементу программы (компьютерной программы) для управления конвертором, который будучи выполненным с помощью по меньшей мере одного процессора, предназначен для выполнения этапов способа, как описано выше и в дальнейшем. Например, процессор может быть процессором контроллера.

Следующее положение изобретения касается компьютерного программоносителя, в котором хранится элемент программы.

Компьютерный программоноситель может являться гибким диском, жестким диском, запоминающим устройством с универсальной последовательной шиной (USB), запоминающим устройством с произвольной выборкой (RAM), постоянным запоминающим устройством (ROM), стираемая программируемая постоянная память (EPROM) или флеш-память (FLASH). Также компьютерный программоноситель может быть сетью передачи данных, например, Интернетом, который позволяет загрузку по линии связи кода программы.

Также имеется возможность, чтобы данный способ выполнялся программируемой вентильной матрицей (FPGA). Вообще алгоритм выполнения данного способа может быть реализован с помощью любого аппаратного средства, включая цифровые процессоры (DSPs) и программируемые вентильные матрицы (FPGAs).

Следующее положение изобретения относится к контроллеру для управления конвертором, где контроллер предназначен для выполнения данного способа, как описано выше и в дальнейшем. Контроллер может содержать процессор и память с элементом программы, подлежащей выполнению на процессоре. В качестве варианта контроллер может содержать FPGA.

Еще одно положение изобретения относится к конвертору.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения конвертор содержит схему конвертора с переключателями, причем схема конвертора служит для создания выходного напряжения для, по меньшей мере, одной фазы. В случае инвертора выходное напряжение может соответствовать различным уровням напряжения, создаваемого коммутационным состоянием переключателей.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения конвертор содержит контроллер для управления переключателями, как описано выше и далее.

Следует иметь в виду, что характерные особенности способа, описание которого приведено выше и далее, могут быть присущи контроллеру или конвертору, описанному выше и далее.

Если технически возможно, но в явной форме не упомянуто, то также комбинации вариантов осуществления изобретения, описанных выше и далее, могут быть вариантами осуществления способа и устройств.

В заключение можно сказать, что с помощью описанного выше и далее способа управления можно выбирать положения переключателя конвертора таким образом, что достигаются упомянутые цели.

Характеристики машины, нагрузки или сети могут управляться по их опорным величинам. Что касается электрической машины, то эти характеристики содержат электромагнитный вращающий момент, а также модуль и пространственную ориентацию вектора магнитного потока статора. В отношении конвертора, соединенного с сетью, этими характеристиками могут являться активная и реактивная мощность или напряжение линии постоянного тока и реактивная мощность (или ток).

В установившемся режиме работы и при заданной частоте переключений полупроводниковых устройствах (т.е. переключателях) конвертора может быть достигнуто очень слабое искажение тока, близкое к расчетному нижнему пределу. Столь малое искажение тока можно получить с помощью вычисления OPPs офлайн таким образом, чтобы минимизировать общее искажение высшими гармониками (THD) тока для заданной частоты переключений или, что то же самое, для заданного количества фактов переключения за один основной период вращения пространственного вектора напряжения статора (число пульсаций).

Во время переходного режима работы и при наличии внешних возмущений характеристики машины или сети могут управляться очень быстро. В частности, например, во время этапа изменения вращающего момента нагрузки можно добиться очень малого времени реакции, что аналогично этому же самому, достигнутому с помощью прямого управления вращающим моментом. То же самое применимо к случаю при переключении между разными OPPs. Обычно такие показатели находятся в диапазоне нескольких мс.

Эти и другие характерные особенности будут очевидны и объяснены со ссылкой на варианты осуществления изобретения, описанные ниже.

Краткое описание чертежей

Более подробно сущность изобретения объясняется в нижеследующем описании со ссылкой на примеры вариантов осуществления изобретения, которые иллюстрированы прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 представляет схематически электрическую систему в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.2 представляет схематически электрическую систему в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3 представляет схематически конструкцию контроллера в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.4 представляет график ОРР в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.5 представляет график углов переключения в функции от индекса модуляции в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.6 представляет график последовательности переключений в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.7 представляет график траектории магнитного потока статора в установившемся режиме.

Фиг.8 представляет график амплитуды магнитного потока статора, показанного на фиг.7.

Фиг.9 представляет график фазового угла магнитного потока статора, показанного на фиг.7.

Фиг.10 представляет диаграмму, объясняющую проблему управления способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.11 представляет график траекторий магнитного потока статора и ротора в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.12 представляет график траекторий магнитного потока статора и ротора в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.13 представляет график последовательности переключений в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.14 представляет график, объясняющий эффект сдвига времени перехода в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.15 представляет блок-схему способа оптимизации в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.16 представляет график, объясняющий процесс определения опорного магнитного потока статора в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.17 представляет график последовательности переключений с целью объяснения алгоритма квадратичного программирования в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг.18 представляет график последовательности переключений с целью объяснения алгоритма апериодического управления в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.19 представляет схематически конструкцию блока контроллера в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.20 представляет схематически конструкцию другого блока контроллера в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Ссылочные обозначения, используемые на чертежах, а также их значения перечислены в сводном списке ссылочных обозначений. В принципе одинаковым элементам присвоены одинаковые обозначения на чертежах.

Варианты осуществления изобретения

Фиг.1 представляет электрическую систему 10 с конвертором 12, в частности инвертором 12, и вращающуюся электрическую машину 14, к которой присоединен инвертор 12. Инвертор 12 может быть частью непрямого конвертора и соединяться с линией постоянного тока конвертора напряжением V_DC постоянного тока. Инвертор 12 содержит схему 16 инвертора с переключателями, которые преобразуют напряжение постоянного тока в трехфазное напряжение переменного тока, которое подается на электрическую машину 14. Как вариант инвертор 12 может представлять собой инвертор, который выдает только однофазное напряжение переменного тока. Вообще инвертор 12 может быть многофазным или многоуровневым инвертором, а система 10 может быть многофазной системой.

Инвертор 10 (скорее электрическая система 10 - прим.перевод.) содержит контроллер 18 с FPGA или процессор, который предназначен для расчета способа (метода) оптимизации алгоритма оптимизации, как описывается выше и в дальнейшем. Контроллер 18 предназначен для расчета управления с обратной связью, т.е. принимает входные переменные, например напряжения и токи в электрической машине 14 или скорость электрической машины 14, формирует последовательности переключений и подает эти последовательности переключений на переключатели 16 инвертора, которые затем воздействуют на входные переменные.

Фиг.2 представляет альтернативный вариант осуществления изобретения электрической системы 10¹ с конвертором 12, в частности выпрямителем 12. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, выпрямитель 12 соединен с сетью 20 через трансформатор и фильтр 22, например L, LC или LCL фильтр. Для управления инвертором 12 контроллер 18 принимает напряжения и токи в сети 20. В этом случае модель управления электрической машиной 14 может быть заменена моделью управления сетью 20, имеющей виртуальный импеданс 24 сети и импеданс трансформатора и фильтра 22.

На фиг.3 схематически представлена конструкция контроллера 18.

Контроллер 18 содержит блок 30 расчета магнитного потока, который принимает мгновенные токи i_s и мгновенные напряжения v_s от электрической машины 14 или сети 24. Мгновенные напряжения v_s измерять необязательно. Они могут быть воссозданы с хорошим приближением из сигналов известного состояния переключения и измеренного напряжения линии постоянного тока. Блок 30 расчета магнитного потока содержит модель электрической машины 14 или электрической сети 24 и предназначен для расчета действительных магнитных потоков ψ_s, ψ_r из мгновенных токов i_s и мгновенных напряжений v_s. В случае сети 20 магнитные потоки ψ_s, ψ_r могут быть виртуальными потоками.

В случае вращающейся электрической машины ψ_s является расчетным магнитным потоком статора, a ψ_r является расчетным магнитным потоком ротора. Расчетный вращающий момент Т_е пропорционален векторному произведению магнитных потоков

Магнитные потоки ψ_s, ψ_r и вращающий момент Т_е поступают на блок 32 опорного угла, который определяет опорный угол γ_ref, угол между расчетным магнитным потоком ψ_r ротора и опорным магнитным потоком ψ_{s ref} статора. Также для определения опорного угла γ_ref может использоваться опорный вращающий момент Т_{е ref}.

Угол опорного магнитного потока ψ_{s ref} статора является суммой угла расче