交流电机电源快速软切换控制复杂瞬态的建模与解析方法研究

重要负荷的交流电机失电后要求快速地切换至备用电源，在不利条件下所带来的冲击电流和转矩会产生很严重的后果，为消除此电磁瞬态过程的冲击，提出基于电力电子开关的电源快速软切换控制方法，研究其中理论难点问题。.针对快速软切换控制中三相不对称与对称交替的复杂瞬态过程，深入研究基于空间向量的建模方法，力图用电流或磁链的空间向量轨迹来揭示复杂瞬态过程的特点和变化规律；为了能够在电源快速软切换控制的每个瞬态模型中快速求解触发控制参数，以适应在单片机在线控制中的快速性要求，深入研究降阶微分方程的解析方法，彻底解决其中三次特征方程的求解难题并找到简化方法。最终确定快速软切换的控制策略，实现各种重要负荷电动机在不同残压和转速等初始条件下都能快速无冲击地切换到备用电源上，几乎无供电中断和电源切换的影响。

本项目研究背景：重要负荷的交流电机失电后要求快速地切换至备用电源，在不利条件下所带来的冲击电流和转矩会产生很严重的后果，为消除此电磁瞬态过程的冲击，提出基于电力电子开关的电源快速软切换控制方法，研究其中理论难点问题。.本项目的研究内容和目标是针对电源快速软切换控制中两相不对称与对称交替的复杂瞬态过程，深入研究如何用空间向量对此瞬态过程进行描述和建模，并研究每阶段瞬态数学模型的解析求解方法，得到不同条件下能够有效抑制冲击电流的软切换控制参数和规律，最终实现作为重要负荷的电动机快速无冲击地切换到备用电源上。.针对不对称瞬态建模以及与对称瞬态模型衔接和不同条件下解析求解控制参数的难点问题，项目在理论和实践方面取得了以下有科学意义的研究成果：.(1) 利用空间向量及其共轭分量进行感应电机不对称瞬态面向解析的空间向量建模，进而采用简化卡丹公式法实现了解析方法中不对称瞬态复频域一元三次特征方程的求解；.(2) 在统一复坐标下解决了不对称与对称空间向量模型的衔接问题，为触发角的进一步解析计算和预测控制中参数确定方法奠定了理论基础；.(3) 改进和完善了电源切换时电动机初始瞬态的分析与触发控制角的计算方法研究，实现了不同残压和不同转速条件下都能统一在单片机中快速计算和确定的无冲击控制策略，改进完善后瞬态冲击电流可以控制在1.5倍额定电流以内；.(4) 基于理论研究成果完成了一套基于空间向量的感应电机不对称与对称交替复杂瞬态的解析仿真软件，在同等配置的电脑中计算速度明显快于数值仿真计算，而精确度只是略有降低。这为解决大规模电力电子与电机集成系统的仿真速度慢的问题提供了开拓性的新思路和理论实践基础；.(5) 基于DSP和ARM单片机和反并联晶闸管器件开发了双电源软切换控制器、感应电机断续供电下软投入控制器和电动机星角软切换全固态控制装置，分别申请和获得了国家专利。前者应用于任意相角差双电源的重要负荷无缝、无冲击切换，后两种控制装置用于油田抽油机的节能控制，其中基于软投入的电动机断续供电综合节能控制获得省部级鉴定为国际先进。.结合该项目的研究，培养硕士4名，博士2名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文10篇，被SCI收录2篇、EI收录6篇，申请国家专利8项，已授权5项。