專利名稱：一種基于預測控制的pwm整流器的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及PWM整流器的一種電流預測控制控制方法，也可以用于無功補償的功 率發(fā)生部分。
背景技術：
現有的典型PWM整流器系統(tǒng)結構，如附圖1所示。其一般原理為通過控制流過電 抗L的電流，完成電網有功功率和無功功率的控制，從而控制直流側的電壓。傳統(tǒng)采用方法均為同步坐標系下計算電網同步電壓Ud，Uq電壓，完成控制通過 有功電流Id和無功電流Iq的偏差經過PI調節(jié)器再加上解耦項得到Ud和Uq的輸出，然后 使用空間矢量PWM來輸出電壓U ；這種方法法雖然DQ解耦，但是由于Ud和Uq的輸出受到 整流器直流側的直流電壓Udc的限制，因此容易產生調節(jié)器飽和，控制失效。同時傳統(tǒng)方法中，解決三相不平衡的方法多為分解為正負序分量，其中增加了濾 波器，減弱控制性能。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種基于預測控制的PWM整流器的控制方法，解決現有方法容易產生 調節(jié)器飽和以及控制失效的問題，避免增加濾波器帶來的減弱控制性能的不良影響。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種基于預測控制的電壓源PWM整流器的控制方法，其步驟包括步驟A.在采用同步坐標系下，通過電壓偏差比例積分(PI)調節(jié)器得到有功電流 和無功電流給定；步驟B.由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定；步驟C.采用相電流的偏差產生線電壓的指令電壓；步驟D.利用線電壓輸出期望，控制開關器件。本發(fā)明的有益效果是通過采用同步坐標系下的有功電流和無功電流變換到三相 實際坐標軸中，得到三相電流的給定，通過和三相實際電流的相減得到偏差電流，通過電流 的預測控制完成，其對于無中性點的三相對稱/不對稱電網均有良好的性能表現。在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下限定。進一步，所述步驟A包括利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流1^113，1(3，利用 電壓霍爾傳感器采集三相定子電壓Ea，Eb，Ec和直流母線電壓Udc ；采集得到的三相定子電 壓信號Vabc經過軟件鎖相環(huán)檢測得到電網相角θ ；將三相電流Ia，Ib，Ic經過靜止三相/ 兩相變換，得到Ia和Ie ；將三相電壓Ea，Eb, Ec經過靜止三相/兩相變換，得到Ea和Ea ； 通過坐標旋轉變換，利用電網相角θ，得到電網同步下有功電流Id和無功電流Iq ；同樣方 法得到電網同步電壓Ed和Eq ；將直流電壓給定Udcref和實際直流電壓通過PI調節(jié)器控 制得到有功電流給定Idref。所述步驟B包括根據功率因數和無功調節(jié)要求，給定無功電流期望Iqn，將Iqn和Iq通過PI調節(jié)器作為無功偏差的補償，補償相和給定項和作為實際給定IqRef;將 Idref和IqRef通過同步電網相角θ和控制節(jié)拍延時，得到下一控制周期中實際三相電流 期望 Iaref、Ibref、Icref0所述步驟C包括電網同步電壓Ed和Eq通過控制節(jié)拍延時和旋轉變換，得到下一 個控制節(jié)拍電網電壓Ea+，Eb+, Ec+ ；通過三相電流期望Iaref，Ibref, Icref.和三相電流 實際數值la、lb、Ic以及下一節(jié)拍三相電網電壓Ea+、Eb+、Ec+，得到線電壓輸出期望。采用上述進一步方案的有益效果是通過電路的基爾霍夫定律，由相電流偏差 (Iaref-Ia, Ibref-Ib, Icref-Ic)得到控制指令電壓，采用基于線電壓得到的PWM，可以得 到與SVPWM相同的電壓利用率。進一步，所述開關器件為PWM三相橋開關。進一步，所述無功偏差補償包括通過加入無功分量的誤差的積分項消除偏差。采用上述進一步方案的有益效果是通過增加補償項可消除電抗器誤差和PWM死 區(qū)帶來的偏差。
圖1為現有典型PWM整流器系統(tǒng)結構圖；圖2為本發(fā)明一種基于預測控制的電壓源PWM整流器的控制方法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖2所示的，本發(fā)明一種基于預測控制的電壓源PWM整流器的控制方法，其具體 流程包括步驟A.在采用同步坐標系下，通過電壓偏差比例積分(PI)調節(jié)器得到有功電流
給定；步驟B.由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定；步驟C.采用相電流的偏差產生線電壓的指令電壓；步驟D.利用線電壓輸出期望，控制開關器件。進一步，所述步驟A包括利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流Ia，lb, Ic ；利用電壓霍爾傳感器采集三相定子電壓Ea，Eb, Ec和直流母線電壓Udc0采集得到的三相定子電壓信號Vabc經過軟件鎖相環(huán)檢測得到電網相角θ。將三相電流Ia，lb, Ic經過靜止三相/兩相變換，得到I α和I e ；將三相電壓Ea， Eb, Ec經過靜止三相/兩相變換，得到Ε α和E0。
通過坐標旋轉變換，利用電網相角θ，得到電網同步下有功電流Id和無功電流 Iq ；同樣方法得到電網同步電壓Ed和Eq。
進一步，步驟B包括將直流電壓給定Udcref和實際直流電壓通過PI調節(jié)器控制得到有功電流給定 Idref，根據功率因數和無功調節(jié)要求，可給定無功電流期望Iqn，將Iqn和Iq通過PI調節(jié) 器作為無功偏差的補償，補償相和給定項和作為實際給定Iqref ；將Idref和Iqref通過同步電網相角θ和控制節(jié)拍角度Φ延時，計算得到下一 控制周期中實際三相電流期望Iaref，Ibref，Icref0 進一步，步驟C包括電網同步電壓Ed和Eq通過同步電網相角θ和控制節(jié)拍角度Φ，經過旋轉變換， 得到下一個控制節(jié)拍電網電壓Ea+，Eb+, Ec+ ； 通過三相電流期望Iaref，Ibref，Icref.和三相電流實際數值Ia，lb, Ic以及下 一節(jié)拍三相電網電壓Ea+，Eb+，Ec+，計算得到線電壓輸出期望。
依據基爾霍夫電流定律，可以得到三相回路的電壓方程 其中E代表電網電壓，U代表變頻器輸出電壓。I為各相電流。L為三相電抗器電 抗值。依據上公式，可以得到Uah = Ua-Ub = Ea-Eb
at atUbc=Ub-Uc=Eb-Ec+L^-L^-
at atUca =Uc-Ua =Ec-Ea+L^-L^f-
at dt控制周期為T，將上述離散化后即得到控制輸出給定Uab=F -"Eb++L (Iaref-]工/T-Ldbref-]-b) //T
Ubc=F -"Ec++L (Ibref_]-b)‘/T-Ldcref-]/T
Uca=F -_Ea++L (Icref_]/T-Ldaref-]工/T利用線電壓輸出期期望Uab、UbC、UCa，可以計算得到PWM三相橋開關時間(Ta、Tb、 Tc)，由控制器發(fā)出開關命令(Sa, Sb、Sc)。由以上的說明可知，本方法是按照當前采樣值預測下一節(jié)拍的電網各相電壓數 值，同時按照實際電流和期望電流的差計算輸出，由于實施考慮的電網的波動，因此具有較 高的動態(tài)性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種基于預測控制的電壓源PWM整流器的控制方法，其步驟包括步驟A在采用同步坐標系下，通過電壓偏差比例積分調節(jié)器得到有功電流和無功電流給定；步驟B由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定；步驟C采用相電流的偏差產生線電壓輸出期望；步驟D利用線電壓輸出期望，控制開關器件。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟A包括利用電流霍爾傳感器分別采集三相電流，利用電壓霍爾傳感器采集三相電網電壓和直 流母線電壓，經過軟件鎖相環(huán)檢測得到電網相角；將三相電流經過靜止三相/兩相變換，得到兩相電流；將三相電壓經過靜止三相/兩相 變換，得到兩相電壓；通過坐標旋轉變換，利用電網相角，得到電網同步下有功電流和無功電流；同樣方法得 到電網同步電壓；將直流電壓給定和實際直流電壓通過電壓偏差比例積分調節(jié)器控制得到有功電流給定。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟B包括根據功率因數和無功調節(jié)要求，給定無功電流期望，將無功電流期望和無功電流通過 電壓偏差比例積分調節(jié)器作為無功偏差的補償，補償相和給定項和作為實際給定；將有功電流給定和實際給定通過同步電網相角和控制節(jié)拍延時，得到下一控制周期中 實際三相電流期望。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟C包括電網同步電壓通過控制節(jié)拍延時和旋轉變換，得到下一個控制節(jié)拍電網電壓； 通過三相電流期望和三相電流實際數值以及下一節(jié)拍三相電網電壓，得到線電壓輸出 期望。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述開關器件為PWM三相橋開關。
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述無功偏差補償包括通過加入無功分 量的誤差的積分項消除偏差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于預測控制的PWM整流器的控制方法，在采用同步坐標系下，通過電壓偏差比例積分(PI)調節(jié)器得到有功電流給定，再由有功電流和無功電流的給定得到三相電流的給定，然后采用相電流的偏差產生線電壓的指令電壓，并采用基于線電壓輸出設計的三相PWM開關橋輸出電壓。本控制方法對于無中性點的三相對稱/不對稱電網均有良好的性能表現，同時本發(fā)明采用的基于線電壓輸出的PWM，可以得到與SVPWM(空間矢量脈寬調制)的相同的直流電壓利用率。本發(fā)明所述的方法具有簡單實用，計算量小和相應快速和穩(wěn)定性好的特點。
文檔編號H02M7/219GK101888190SQ201010172150
公開日2010年11月17日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2010年5月14日
發(fā)明者付強 申請人:北京景新電氣技術開發(fā)有限責任公司