21、智能能源系统相关技术研究

智能能源系统相关技术研究

1. 永磁同步电机（PMSM）控制方法研究

在现代技术中，高功率密度的逆变器供电驱动至关重要。传统电压源逆变器在平滑转矩和电流控制方面存在问题，因此提出了基于模型预测控制（MPC）技术，结合磁场定向控制（FOC），实现对永磁同步电机（PMSM）的平滑控制。

1.1 PMSM的应用与传统控制方法

PMSM具有良好的动态响应、高功率密度、高可靠性和高效率等优点，广泛应用于汽车、生物医学仪器、航空航天、军事和大型工业等领域。FOC是PMSM主要的控制方法，具有平滑转矩、宽速度范围和快速加减速等优点。传统的逆变器供电三相负载电流控制方法包括比例积分（PI）控制器、基于正弦脉冲宽度调制（SPWM）的控制器和滞环电流控制器（HCC）。

MPC方法分为连续控制集MPC（CCS - MPC）和有限控制集MPC（FCS - MPC）。CCS - MPC算法基于滚动时域控制原理，采用前向欧拉近似对离散负载模型进行处理。FCS方法直接将电压矢量应用于PMSM，而CCS方法使用电压调制技术，如空间矢量脉宽调制（SVPWM）。两种方法性能相似，但CCS方法更具通用性。

1.2 PMSM模型描述

PMSM的转子由永磁体制成，无需直流励磁电流。在表面嵌入式PMSM中，d轴和q轴的电感值相同。假设感应反电动势为正弦波，无励磁电流，且忽略饱和效应。常用的PMSM模型如下：
[
\begin{cases}
\frac{di_d}{dt} = \frac{1}{L_d}[\vartheta_d - (R \cdot i_d) + (\omega_e \cdot L_q \cdot i_q)] \