一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法
阅读说明：本技术 一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法 (Indirect measurement method for turn-to-turn short circuit current of open winding permanent magnet generator ) 是由 王伟 陆超 曾昕卢 程明 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法,该方法首先通过主动控制故障绕组两端的变换器桥臂,将故障绕组的短路比主动扩展至100％；其次,通过故障绕组原有的电流传感器实现对匝间短路电流的高精度瞬时间接测量；第三,根据所测量的瞬时匝间短路电流,构造匝间短路电流的数学模型；最后,封锁故障绕组两端的变换器桥臂,将匝间短路比恢复至原有状态。本发明无需新增传感器,通过将电机故障绕组主动短路的方法,规避了匝间短路电流不可直接测量的问题,提升了电机驱动系统的可靠性与安全性。(The invention discloses an indirect measuring method for turn-to-turn short circuit current of an open winding permanent magnet generator, which comprises the steps of firstly actively controlling converter bridge arms at two ends of a fault winding to actively expand the short circuit ratio of the fault winding to 100%; secondly, high-precision instantaneous indirect measurement of turn-to-turn short circuit current is realized through an original current sensor of a fault winding; thirdly, constructing a mathematical model of the turn-to-turn short circuit current according to the measured instantaneous turn-to-turn short circuit current; and finally, blocking converter bridge arms at two ends of the fault winding, and restoring the turn-to-turn short circuit ratio to the original state. According to the invention, a sensor is not required to be additionally arranged, the problem that the turn-to-turn short circuit current cannot be directly measured is avoided by a method of actively short-circuiting a fault winding of the motor, and the reliability and the safety of a motor driving system are improved.)
技术领域
本发明涉及一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法，属于电机控制技术领域。
背景技术
目前现有多相电机容错控制大多聚焦于开路故障上，而对绕组匝间短路的容错控制研究相对较少。匝间短路故障发生后，旋转的永磁磁链会在短接的电枢绕组中继续感应出反电动势，从而产生短路电流。匝间短路电流会破坏原有的圆形旋转磁场，产生明显的转矩波动，影响系统的运行可靠性。若要对电机匝间短路故障进行容错控制，需要对匝间短路电流进行测量，然而，短路绕组匝数难以精确确定，匝间短路电流亦无法在不加入额外传感器的前提下在线测量，目前鲜见这方面研究成果的报道。匝间短路电流的测量的困难性使得对匝间短路故障下电机系统的容错控制成为技术难点。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出了一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法。该方法基于开绕组的结构特征，创新性的提出基于相绕组主动短路的匝间短路电流间接测量方法，实现对于匝间短路电流的高精度测量，规避了匝间短路电流不可直接测量的问题，为发电机绕组匝间短路的容错控制提供技术基础，提升了系统的可靠性。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法，所述方法包括如下步骤：
(1)当开绕组永磁发电机发生匝间短路故障后，设定已下变量：间接测量标志F、匝间短路电流幅值Im、当前采样周期内匝间短路电流测量值Ik以及之前两个采样周期匝间短路电流测量值Ik-2和Ik-1、转子位置角为θk、匝间短路电流取得最大值所对应的转子位置角测量值θm，并将变量初值均设为0；
(2)通过位置传感器测得当前采样周期的转子位置角并赋值给θk；
(3)如果F＝1，那么跳转至步骤(9)；
(4)主动控制故障绕组两端的变换器桥臂，使故障绕组主动短路，从而将故障绕组的短路比μ主动扩展至100％；
(5)通过故障相绕组原有的电流传感器测得当前采样周期的匝间短路电流并赋值给Ik；
(6)如果Ik-1>Ik且Ik-1>Ik-2，那么Im＝Ik-1，F＝1；
(7)Ik-2＝Ik-1，Ik-1＝Ik，θm＝θk；
(8)在下一个采样周期到来时跳转至步骤(2)；
(9)根据间接测量得到的匝间短路电流幅值Im和其对应的转子位置角θm，建立匝间短路电流数学方程if(θe)如下：
其中，θe为电机转子位置角，Im为匝间短路电流幅值，θm为匝间短路电流取得最大值所对应的转子位置角测量值。
(10)封锁故障绕组两端的变换器桥臂，将匝间短路比μ恢复至原有状态。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)该测量方法创新性的提出基于相绕组主动短路的匝间短路电流间接测量方法，解决了匝间短路电流无法测量的技术难题，完成匝间短路电流的高精度瞬时间接测量；
(2)该测量方法根据所测量的瞬时匝间短路电流，构造出间短路电流的数学模型，为后续电机控制提供了基础。
(3)该测量方法无需安装额外的传感器设备，仅需对故障相绕组两端功率变换器桥臂加以控制，算法简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明的测量方法流程图；
图2为A相绕组匝间短路示意图；
图3为开绕组永磁电机H桥型功率变换器拓扑结构图；
图4为故障相主动短路后A相绕组等效电路图；
图5为正常运行时A相电流；
图6为发生短路比μ＝0.5的匝间短路后A相电流；
图7为发生短路比μ＝0.5的匝间短路故障并主动短路后A相电流；
图8为A相匝间短路电流与构建的匝间短路电流数学方程对比。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，本发明提出了一种开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法，以A相发生匝间短路为例，匝间短路等效电路图如图2所示，开绕组永磁电机H桥型功率变换器拓扑结构如图3所示，本发明所述开绕组永磁发电机匝间短路电流间接测量方法包括如下步骤：
(1)当开绕组永磁发电机发生匝间短路故障后，设定已下变量：间接测量标志F、匝间短路电流幅值Im、当前采样周期内匝间短路电流测量值Ik以及之前两个采样周期匝间短路电流测量值Ik-2和Ik-1、转子位置角为θk、匝间短路电流取得最大值所对应的转子位置角测量值θm，并将变量初值均设为0；
(2)通过位置传感器测得当前采样周期的转子位置角并赋值给θk；
(3)如果F＝1，那么跳转至步骤(9)；
(4)同时对A相两端功率变换器桥臂的开关管A11和A21发出导通指令，即同时施加高电平信号，对A相绕组进行主动短路，使其短路比μ扩展至100％，故障相主动短路后A相绕组等效电路图如图4所示；
(5)通过故障相绕组原有的电流传感器测得当前采样周期的匝间短路电流并赋值给Ik；
(6)如果Ik-1>Ik且Ik-1>Ik-2，那么Im＝Ik-1，F＝1；
(7)Ik-2＝Ik-1，Ik-1＝Ik，θm＝θk；
(8)在下一个采样周期到来时跳转至步骤(2)；
(9)根据间接测量得到的匝间短路电流幅值Im和其对应的转子位置角θm，建立匝间短路电流数学方程if(θe)如下：
其中，θe为电机转子位置角，Im为匝间短路电流幅值，θm为匝间短路电流取得最大值所对应的转子位置角测量值。
(10)封锁故障绕组两端的变换器桥臂，将匝间短路比μ恢复至原有状态。
图5和图6分别为发电机A相发生绕组匝间短路故障前后的电流波形，可以看出匝间短路故障使相电流明显增大，图8为A相绕组主动短路后间接测量的匝间短路电流波形与按本发明的测量方法建立的匝间短路电流数学方程波形对比，可以看出该方法能有效测量匝间短路电流。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。