最優直流電壓電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統及方法
2024-04-16 04:18:05
1.本發明涉及一種電力電子技術領域的控制技術，屬於電機驅動系統等領域,具體地，涉及一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統及方法。
背景技術：
2.隨著電力互聯、萬物互聯等概念的提出，電能的轉換及其應用所處的地位變得尤為重要。自從可控矽技術的誕生以來，其所催生的電力電子技術滲透到了電力發展歷史的各個角落。在電機驅動系統等領域，驅動內電力電子器件的可靠性直接與整個系統的穩定運行相關聯。以電動汽車應用為例，電動汽車長時間的大坡度爬坡工況常常引起電動汽車內電機發生堵轉。在堵轉工況下，因為電機需要在零轉速的工況下提供極高的電磁轉矩，三相電流此時會呈現直流狀態。通常狀態下，由於轉速為零，定子電壓中的旋轉電勢會基本降低為零，此時若直流電壓仍保持額定轉速下的大小，一方面會造成直流電壓利用率的下降，另一方面會造成電驅變流器內功率半導體器件開關損耗的大幅上升，從而使器件的短時可靠性下降。
3.傳統的電機驅動系統堵轉保護方法，針對直流電壓調節，主要聚焦於降低功率半導體器件的開關損耗，即單調降低驅動變流器直流母線電壓，但在堵轉工況下，三相逆變器主要工作在直流狀態，過低的直流母線電壓會導致器件的導通損耗反向增長，使總損耗降低效果不明顯；此外，還有方法將電機驅動系統內所有元器件的損耗作為優化對象，設計優化直流電壓，此類方法存在優化對象不準確的問題，在以堵轉為代表的短時過應力工況下，需要針對電熱應力最集中的器件進行優化，即電驅變流器內最脆弱的器件進行優化，才可以提高短時可靠性；此外，目前缺少針對直流電壓暫態調節過程的方法。
4.因此，本領域亟需研發一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法，以克服上述的技術問題。
技術實現要素：
5.本發明針對現有技術中存在的上述不足，提出了一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統及方法。
6.為實現上述目的，本發明的技術方案是：
7.一種最優直流電壓電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統，包括：
8.信息採集模塊，採集電機驅動系統中電機和交流母線的工作狀態；
9.堵轉狀態判斷與直流電壓參考值計算模塊，根據所述信息採集模塊的工作狀態信息，對電機堵轉狀態進行判定，計算在堵轉狀態下的最優直流電壓及直流電壓參考值；
10.直流母線電壓參考值切換模塊，若堵轉狀態判斷模塊判定電機即將進入堵轉狀態，替換原始直流電壓控制系統的直流電壓參考信號，控制電機驅動變流器在耐受最優直流電壓的情況下進入系統堵轉狀態。
11.一種最優直流電壓電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統，採用最優直流電壓的電
機驅動堵轉狀態自適應熱控制終端，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上並可在處理器上運行的控制程序，所述處理器執行所述控制程序，用於執行最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法。
12.一種最優直流電壓電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法，採用最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統，包括：
13.檢測電機驅動系統中電機的工作狀態，對所述電機堵轉狀態進行判定；
14.若判定所述電機即將進入堵轉狀態，則計算當前堵轉狀態下的最優直流電壓；
15.通過基於電機轉速的自適應濾波器，得到電機驅動變流器直流母線電壓參考值；
16.基於直流母線電壓參考值切換，通過直流電壓控制器，使電驅耐受最優直流電壓，進入堵轉狀態。
17.進一步，所述檢測電機驅動系統中電機的工作狀態，包括：採集所述電機驅動系統中電機和交流母線的狀態信息，其中，所述電機的狀態信息包括電機轉速、電機機械角度；所述交流母線狀態信息包括定子三相交流電流。
18.進一步，對所述電機堵轉狀態進行判定，包括：
19.當前電機轉速低於設定的轉速閾值；
20.基於當前電機機械角度和定子三相交流電流，計算當前電機電磁轉矩，當前電機電磁轉矩高於設定的電磁轉矩閾值；
21.若滿足以上條件，則判定當前電機即將進入堵轉狀態；其中，轉速閾值、電磁轉矩閾值根據目標電機參數進行確定。
22.進一步，若判定所述電機即將進入堵轉狀態之後，還包括：
23.計算當前堵轉狀態下的最優直流電壓；
24.通過基於電機轉速的自適應濾波器，計算電機驅動變流器直流母線電壓參考值；
25.根據直流母線電壓參考值，控制直流電壓控制器，調節直流母線電壓。
26.進一步，所述計算當前堵轉狀態下的最優直流電壓，其中：
27.所述最優直流電壓，使電驅變流器中電力電子功率半導體器件產生的損耗集中程度降至最低，實現最小溫升；
28.所述最優直流電壓的計算步驟如下：
29.(1)對所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下進行電熱三維建模，獲取在目標工況下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型；
30.(2)降低所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下電熱模型至二維模型：最優直流電壓-導通/定子電流模型，在該模型下，所述最優直流電壓能使功率半導體器件在導通/定子電流下產生最小的總損耗；
31.(3)檢測交流母線三相定子電流瞬時值，計算出當前電驅變流器功率半導體器件耐受的最大電流應力，作為最優直流電壓-導通/定子電流模型的輸入，獲得在該堵轉工況下的最優直流電壓。
32.進一步，所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下的電熱模型，為固定開關頻率、電機參數前提下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型，在正弦波脈寬調製模式下，所述電熱模型可表達為：
[0033][0034]
式中，is為功率半導體器件的正嚮導通/定子電流，u
dc
為功率半導體器件所耐受的直流電壓，rs為電機等效定子電阻參數，f
sw
為功率半導體器件的開關頻率，v
cond
(is)為功率半導體器件正嚮導通壓降與導通/定子電流的函數，f
sw
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件開關損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數，f
cond
(is,u
dc
)為功率半導體器件導通損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數,p
total
(is,u
dc
)為功率半導體器件總損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數。
[0035]
進一步，所述基於電機轉速的自適應濾波器，濾波器輸入為所述的最優直流電壓，濾波器輸出為直流電壓參考值，自適應濾波器帶寬與電機機械轉速成正比關係，類比電機驅動系統機械調節慣性與直流電壓調節慣性，可匹配電壓調節速度與轉速調節速度，其計算公式如下：
[0036][0037]
式中，u
dc_ref
為直流電壓參考值，g
filter
(s)為基於電機轉速的自適應濾波器在頻域下的表達式，u
dc_opt
為最優直流電壓，n
p
為電機極對數，ω
mech
為機械角速度，k
base
為基準調節速度，t為控制周期，s為微分算子。
[0038]
進一步，所述直流電壓控制器，包括直流電壓控制系統與直流電壓控制變流器，
[0039]
其中，直流電壓控制系統的控制給定參考為上述的直流電壓參考值；直流電壓控制變流器用於在功率層面將直流電壓參考值復現於直流母線，直流電壓控制變流器包括交流-直流變流器、直流-直流變流器、交流-直流-直流變流器中的任一種。
[0040]
進一步，所述直流母線電壓參考值的切換，作用為：
[0041]
判定當前電機即將進入堵轉狀態時，替換原始直流電壓控制系統的直流電壓參考信號，控制電機驅動變流器在耐受最優直流電壓的情況下進入系統堵轉狀態。
[0042]
進一步，在電機堵轉工況下，所述最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法能針對電驅變流器中耐受最大電熱應力的器件，在直流電壓維度，使其所受到的熱損耗和熱應力降低至最小，從而提升電驅變流器在堵轉極端工況下的短時可靠性。
[0043]
由於採用了上述技術方案，本發明與現有技術相比，具有如下至少一項的有益效果：
[0044]
本發明提供的一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法，通過自變量維度簡化，重塑了電驅變流器功率半導體器件於堵轉工況下的功率損耗特性，修正了驅動變流器內主動熱控制的優化目標。在堵轉工況下，利用最優直流電壓控制，可重新分配功率半導體器件的導通損耗和開關損耗，以最小化器件的總損耗。
[0045]
本發明提供的一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法，通過基於電機轉速的自適應濾波器，自適應濾波器帶寬與電機機械轉速成正比關係，從而可匹配電壓調節速度與轉速調節速度，實現了正常工況與堵轉工況之間的平滑過渡。使得最優直流電壓控制可自適應轉子速度，併集成到驅動變流器的原始控制結構中。
附圖說明
[0046]
圖1為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的流程圖；
[0047]
圖2為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的流程圖；
[0048]
圖3為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的功率半導體器件在目標工況下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型圖；
[0049]
圖4為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的功率半導體器件的最優直流電壓-導通/定子電流模型圖和最低直流電壓-導通/定子電流模型圖；
[0050]
圖5為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的在堵轉工況下的直流電壓-定子電流與其他控制方法的對比圖；
[0051]
圖6為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的在堵轉工況下的功率半導體器件熱應力與其他控制方法的對比圖；
[0052]
圖中：1-原始電機驅動系統；11-直流電壓控制器；12-電機驅動控制器；12-電機；2-電機驅動系統信息採集部分；21-電氣特性信息採集；22-機械特性信息採集；3-堵轉工況判定及直流電壓參考值生成部分；31-最優直流電壓計算；32-堵轉狀態條件判定；33-電壓參考自適應濾波4-堵轉工況切換部分；41-電壓參考值切換。
具體實施方式
[0053]
下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。
[0054]
圖1為本發明的實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法的流程圖。參照圖1所示，該控制方法包括如下步驟：
[0055]
s100，檢測電機驅動系統中電機的工作狀態，對電機堵轉狀態進行判定；
[0056]
s200，計算當前堵轉工況下的最優直流電壓；
[0057]
s300，通過基於電機轉速的自適應濾波器，計算電機驅動變流器直流母線電壓參考值；
[0058]
s400，根據直流母線電壓參考值，切換參考信號，控制直流電壓控制器，調節直流母線電壓。
[0059]
本實施例採用的控制方法，當電機驅動系統運行於正常工況下，所述方法不擾動原始電驅控制行為；當檢測電機即將進入堵轉狀態時，所述方法通過控制電機驅動變流器於最優直流母線電壓進入堵轉狀態，重新分配功率半導體器件的導通損耗和開關損耗，最小化器件的總損耗。同時，最優直流電壓控制過程可自適應轉子速度，並可集成到驅動變流器的原始控制結構中。
[0060]
上述s100中，檢測電機驅動系統中電機的工作狀態，在一些實施例中，可以通過採集所述電機驅動系統中電機和交流母線的狀態信息進行，其中，電機的狀態信息包括電機
轉速、電機機械角度；所述交流母線狀態信息包括定子三相交流電流。其中，電機轉速、機械角度信息可通過編碼器、旋轉變壓器等轉速信息採集工具獲取，可集成於原始電機驅動系統轉速信息獲取方式；定子三相交流電流可以通過電流互感器等採集工具獲取。
[0061]
上述s100中，對電機堵轉狀態進行判定，在一些實施例中，其中對電機堵轉狀態判定生效工況為：當前電機轉速低於設定的轉速閾值；基於當前電機機械角度和定子三相交流電流，計算當前電機電磁轉矩，當前電機電磁轉矩高於設定的電磁轉矩閾值；若滿足以上條件，則判定當前電機即將進入堵轉狀態；其中，轉速閾值、電磁轉矩閾值根據目標電機參數進行確定。
[0062]
上述s200中，計算當前堵轉工況下的最優直流電壓。具體的，實施例中的計算方式為：
[0063]
(1)對所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下進行電熱三維建模，獲取在目標工況下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型；
[0064]
(2)降低所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下電熱模型至二維模型：最優直流電壓-導通/定子電流模型。在該模型下，所述最優直流電壓可使功率半導體器件在導通/定子電流下產生最小的總損耗；
[0065]
(3)檢測交流母線三相定子電流瞬時值，計算出當前電驅變流器功率半導體器件耐受的最大電流應力，作為最優直流電壓-導通/定子電流模型的輸入，獲得在該堵轉工況下的最優直流電壓。
[0066]
其中，所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下的電熱模型，為固定開關頻率、電機參數前提下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型，在正弦波脈寬調製模式下，所述電熱模型可表達為：
[0067][0068]
式中，is為所述功率半導體器件的正嚮導通/定子電流，u
dc
為功率半導體器件所耐受的直流電壓，rs為電機等效定子電阻參數，f
sw
為功率半導體器件的開關頻率，v
cond
(is)為所述功率半導體器件正嚮導通壓降與導通/定子電流的函數，f
sw
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件開關損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數，f
cond
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件導通損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數,p
total
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件總損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數。
[0069]
為了更好實現上述s200的控制，在上述s300中，採用了基於電機轉速的自適應濾波器，計算電機驅動變流器直流母線電壓參考值。具體的，實施例中的自適應濾波器設計方法為：
[0070]
濾波器輸入為s200計算輸出的最優直流電壓，濾波器輸出為直流電壓參考值。自適應濾波器帶寬與電機機械轉速成正比關係，類比電機驅動系統機械調節慣性與直流電壓調節慣性，可匹配電壓調節速度與轉速調節速度，其計算公式為：
[0071][0072]
式中，u
dc_ref
為直流電壓參考值，g
filter
(s)為基於電機轉速的自適應濾波器在頻域
下的表達式，u
dc_opt
為最優直流電壓，n
p
為電機極對數，ω
mech
為機械角速度，k
base
為基準調節速度，t為控制周期，s為微分算子。
[0073]
上述s400中，根據直流母線電壓參考值，切換參考信號，控制直流電壓控制器，調節直流母線電壓。其實現方式包括：
[0074]
直流電壓控制器的控制給定參考為s300中計算輸出的直流電壓參考值；直流電壓控制變流器用於在功率層面將直流電壓參考值復現於直流母線，直流電壓控制變流器包括但不限於：交流-直流變流器、直流-直流變流器、交流-直流-直流變流器。判定當前電機即將進入堵轉狀態時，替換原始直流電壓控制系統的直流電壓參考信號，控制電機驅動變流器在耐受最優直流電壓的情況下進入系統堵轉狀態。
[0075]
上述實施例中，電驅逆變器功率半導體器件，包括igbt、mosfet、二極體在內的矽基、碳化矽氮化鎵等適用於電驅變流器的功率半導體器件。
[0076]
上述實施例中，電機包括但不限於永磁同步電動機、感應電動機等三相交流電動機。所述電驅控制策略，包括但不限於磁場定向控制、直接轉矩控制、最大轉矩電流比控制。
[0077]
基於相同的技術構思，本發明另一實施例中還提供一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制系統，用於實現上述各實施例中的最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法。具體的，該控制系統包括：信息採集模塊、堵轉狀態判斷與直流電壓參考值計算模塊、直流母線電壓參考值切換模塊，其中，信息採集模塊，採集電機驅動系統中電機和交流母線的工作狀態；堵轉狀態判斷與直流電壓參考值計算模塊，根據所述採集模塊的工作狀態信息，對所述電機堵轉狀態進行判定，計算在堵轉狀態下的最優直流電壓及直流電壓參考值；直流母線電壓參考值切換模塊，若所述堵轉狀態判斷模塊判定所述電機即將進入堵轉狀態，替換原始直流電壓控制系統的直流電壓參考信號，控制電機驅動變流器在耐受最優直流電壓的情況下進入系統堵轉狀態。
[0078]
在一些實施例中，信息採集模塊，對應的信息與s100中檢測電機驅動系統中電機的工作狀態的技術對應；堵轉狀態判斷與直流電壓參考值計算模塊堵轉狀態判斷模塊的堵轉狀態條件判定，與上述方法s100、s200、s300中各技術對應。直流母線電壓參考值切換模塊，與上述方法s400中技術對應。在此不再贅述。
[0079]
基於相同的技術構思，本發明另一實施例中還提供一種最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制終端，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上並可在處理器上運行的電腦程式，所述控制系統執行所述控制程序時可用於執行上述實施例中任一所述的最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制方法。
[0080]
為了更好對本發明上述技術方案進行說明，以下結合優選實施例來詳細描述，但應該理解的是，本發明並不局限於以下優選實施例。
[0081]
圖2為本發明一實施例中最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制的流程圖。如圖2所示，最優直流電壓的電機驅動堵轉狀態自適應熱控制，可以包括：電氣特性信息採集部分、機械特性信息採集部分、最優直流電壓計算部分、電壓參考自適應濾波部分、堵轉狀態條件判定部分、電壓參考值切換部分。以下對本優選實施例中涉及的上述各部分進行分別說明。
[0082]
電氣特性信息採集部分21，包括對電機定子三相電流的信息採集。其中，電機定子三相電流，可結合採集的的機械轉速信號與機械位置信號，經過派克變換獲得在電機交直
軸坐標系下的定子電流信號。三相坐標系、交直軸坐標系下的電流信號，參與電機電磁轉矩的計算。
[0083]
機械特性信息採集部分22，包括電機轉子轉速信息、電機轉子位置信息。其中，電機轉子轉速、位置信息可通過編碼器、旋轉變壓器等轉速信息採集工具獲取，可集成於原始電機驅動系統轉速信息獲取方式。
[0084]
最優直流電壓計算部分31，包括以下計算步驟：
[0085]
(1)對所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下進行電熱三維建模，獲取在目標工況下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型；
[0086]
(2)降低所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下電熱模型至二維模型：最優直流電壓-導通/定子電流模型。在該模型下，所述最優直流電壓可使功率半導體器件在導通/定子電流下產生最小的總損耗；
[0087]
(3)檢測交流母線三相定子電流瞬時值，計算出當前電驅變流器功率半導體器件耐受的最大電流應力，作為最優直流電壓-導通/定子電流模型的輸入，獲得在該堵轉工況下的最優直流電壓。
[0088]
其中，所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下的電熱模型，為固定開關頻率、電機參數前提下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型，在正弦波脈寬調製模式下，所述電熱模型可表達為：
[0089][0090]
式中，is為所述功率半導體器件的正嚮導通/定子電流，u
dc
為功率半導體器件所耐受的直流電壓，rs為電機等效定子電阻參數，f
sw
為功率半導體器件的開關頻率，v
cond
(is)為所述功率半導體器件正嚮導通壓降與導通/定子電流的函數，f
sw
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件開關損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數，f
cond
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件導通損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數,p
total
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件總損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數。
[0091]
需要說明的是，上述最優直流電壓計算過程中涉及到的器件損耗模型，可根據數據手冊曲線進行擬合，也可根據對具體器件進行多合一器件特性測試獲取更為精確的數據。
[0092]
堵轉狀態條件判定部分32，其判定原則為：當前電機轉速低於設定的轉速閾值；基於當前電機機械角度和定子三相交流電流，計算當前電機電磁轉矩，當前電機電磁轉矩高於設定的電磁轉矩閾值；若滿足以上條件，則判定當前電機即將進入堵轉狀態；其中，轉速閾值、電磁轉矩閾值根據目標電機參數進行個性化差異設計。
[0093]
電壓參考自適應濾波部分33，包括一截至頻率可變的低通濾波器環節。濾波器輸入為最優直流電壓計算部分31計算輸出的最優直流電壓，濾波器輸出為直流電壓參考值。自適應濾波器帶寬與電機機械轉速成正比關係，類比電機驅動系統機械調節慣性與直流電壓調節慣性，可匹配電壓調節速度與轉速調節速度，其計算公式為：
[0094][0095]
式中，u
dc_ref
為直流電壓參考值，g
filter
(s)為基於電機轉速的自適應濾波器在頻域下的表達式，u
dc_opt
為最優直流電壓，n
p
為電機極對數，ω
mech
為機械角速度，k
base
為基準調節速度，t為控制周期，s為微分算子。
[0096]
電壓參考值切換部分41，其切換原則為：若堵轉狀態條件判定部分32判定電機即將進入堵轉工況，則將直流電壓控制器的電壓參考值切換為電壓參考自適應濾波器部分33所輸出的直流電壓參考值；若堵轉狀態條件判定部分32判定電機未進入堵轉工況，無動作，則保持直流電壓控制器的電壓參考值為原電壓。
[0097]
在該優選實施例中，電機驅動系統應用場景為電動汽車，驅動側逆變器功率半導體開關器件為igbt，開關頻率為15000hz，調製方式為spwm，型號為fs200r07a1e3，電機為永磁同步電機，具體參數如下參數：定子等效電阻為0.098ω，直軸等效電感為0.067mh，交軸等效電感為0.282mh，轉動慣量為0.04kg
·
m2，永磁體磁勢為0.0446wb，極對數為4對極。且當前時刻電動汽車處於爬坡工況下，由於交通擁堵，即將在路口面臨堵轉停機的工況。
[0098]
第一步，電機驅動系統信息採集部分獲取電動汽車電機當前狀態。在該優選實施例中，電氣特性信息採集主要採集定子電流信息，用於獲取電機交流母線三相、交直軸電流信息；機械特性信息採集主要採集電機轉子轉速與轉子位置，其中，電機轉子轉速由增量式編碼器獲取，電機轉子位置由增量式編碼器、電機定子電流鎖相環協同獲取。
[0099]
第二步，如圖3曲面所示，對所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下進行電熱三維建模，獲取在目標工況下的直流電壓-導通/定子電流-總損耗模型：
[0100][0101]
式中，is為所述功率半導體器件的正嚮導通/定子電流，u
dc
為功率半導體器件所耐受的直流電壓，rs為電機等效定子電阻參數，f
sw
為功率半導體器件的開關頻率，v
cond
(is)為所述功率半導體器件正嚮導通壓降與導通/定子電流的函數，f
sw
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件開關損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數，f
cond
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件導通損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數,p
total
(is,u
dc
)為所述功率半導體器件總損耗與導通/定子電流、耐受直流電壓的函數。
[0102]
第三步，如圖3曲線所示，降低所述電驅變流器內功率半導體器件在堵轉工況下電熱模型至二維模型：最優直流電壓-導通/定子電流模型。在該模型下，所述最優直流電壓可使功率半導體器件在導通/定子電流下產生最小的總損耗。如圖4所示，給出了開關頻率分別為9000hz、11000hz、13000hz、15000hz的最優直流電壓-導通/定子電流曲線。也給出了在95％調製邊界的最低直流電壓-導通/定子電流曲線。兩類曲線分別可以用以下公式進行擬合：
[0103][0104][0105]
式中，為最優直流電壓，為最低直流電壓，i為電機定子電流，a1、a2、a3為
最優直流電壓-導通/定子電流擬合參數；b1為最低直流電壓-導通/定子電流擬合參數。
[0106]
第四步，檢測交流母線三相定子電流瞬時值，計算出當前電驅變流器功率半導體器件耐受的最大電流應力，作為第三步中獲得的最優直流電壓-導通/定子電流模型的輸入，獲得在該堵轉工況下的最優直流電壓。當前三相定子電流瞬時值最大值為193.5a，輸入第三步中的最優直流電壓-導通/定子電流模型，計算出當前的最優直流電壓為135v；輸入第三步中的最低直流電壓-導通/定子電流模型，計算出當前的最低直流電壓為40.3v。由於最優直流電壓高於最低直流電壓，因此在該堵轉工況下，最優直流電壓為135v。
[0107]
第五步，將第四步中計算出的最優直流電壓135v作為輸入，進入直流電壓參考值計算環節，
[0108]
根據電壓參考自適應濾波計算公式、電機參數、具體運行工況，計算公式為：
[0109][0110]
式中，u
dc_ref
為直流電壓參考值，g
filter
(s)為基於電機轉速的自適應濾波器在頻域下的表達式，u
dc_opt
為最優直流電壓，ω
mech
為機械角速度，s為微分算子。
[0111]
第六步，將第五步中計算出的直流電壓參考值信號經過直流電壓參考值切換部分輸入至原始電驅系統內的直流電壓控制器，將直流電壓復現於直流母線。如圖5所示，整體堵轉過渡時間為4秒，直流電壓調節的速度也為4秒。為了進行對比，圖5給出了三類電壓調節方式，分別為：最優直流電壓調節方式、最低直流電壓調節方式、恆定電壓不調節。
[0112]
圖6分別給出了在三種電壓調節方式下，受到最大電流應力的igbt晶片的損耗和結溫。從損耗層面：恆定直流電壓不調節方式和最低直流電壓調節方式的晶片損耗最終分別維持在321w和315w，而最優直流電壓調節的晶片損耗最終維持在231w，晶片的損耗得到了大幅降低，約為28％。從結溫層面：恆定直流電壓不調節方式和最低直流電壓調節方式的晶片結溫最終分別達到140℃和137℃，而最優直流電壓調節的晶片結溫最終達到119℃，晶片的結溫也得到了大幅降低，以25℃為基準，降低幅度約為18.2％。
[0113]
本發明上述優選實施例通過自變量維度簡化，重塑了電驅變流器功率半導體器件於堵轉工況下的功率損耗特性，修正了驅動變流器內主動熱控制的優化目標。在堵轉工況下，利用最優直流電壓控制，可重新分配功率半導體器件的導通損耗和開關損耗，以最小化器件的總損耗。此外，直流電壓調節速度可匹配轉速/系統調節速度，實現了正常工況與堵轉工況之間的平滑過渡，使得最優直流電壓控制可自適應轉子速度，併集成到驅動變流器的原始控制結構中。
[0114]
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。