專利名稱：不平衡電壓下三相pwm整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓型PWM整流器的控制方法，屬于電力電子功率變換裝置控制領(lǐng)域，特別涉及一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法。
背景技術(shù)：
隨著微處理器技術(shù)的快速發(fā)展和相關(guān)研究的深入，模型預(yù)測(cè)控制在電力電子及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。模型預(yù)測(cè)控制是一種基于數(shù)學(xué)模型來預(yù)測(cè)控制對(duì)象未來響應(yīng)的控制算法。算法中包含一個(gè)根據(jù)控制目標(biāo)進(jìn)行定義的價(jià)值函數(shù)。通過最小化價(jià)值函數(shù)，算法在每個(gè)采樣周期預(yù)測(cè)得到最佳電壓矢量作為下一周期的作用矢量，算法在每個(gè)采樣周期循環(huán)一次?；谀Ｐ皖A(yù)測(cè)控制的功率變換器全數(shù)字控制方法得到快速發(fā)展，該方法不包含線性控制器和調(diào)制器，系統(tǒng)具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)速度。
大功率單相負(fù)載的接入、單相負(fù)荷在三相系統(tǒng)中的不均衡分配以及單相負(fù)載用電的隨機(jī)性等因素，會(huì)造成電網(wǎng)三相電壓不平衡。在電網(wǎng)不平衡時(shí)，基于模型預(yù)測(cè)控制器的 PWM整流器交流側(cè)功率產(chǎn)生二次脈動(dòng)，嚴(yán)重影響整流器的運(yùn)行品質(zhì)。針對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí) PWM整流器的控制，傳統(tǒng)方法需要首先對(duì)系統(tǒng)中各變量進(jìn)行正、負(fù)序分解運(yùn)算，然后計(jì)算正、 負(fù)序電流給定值，再采用控制器對(duì)正、負(fù)序電流統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大增加了控制方案的運(yùn)算量。由于模型預(yù)測(cè)控制采用循環(huán)尋優(yōu)，直接輸出的不定頻控制方式，雖然系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)速度優(yōu)良，但其采樣頻率高，運(yùn)行性能受系統(tǒng)延遲影響較為明顯。當(dāng)控制算法較為復(fù)雜、運(yùn)算量較大時(shí)，計(jì)算過程會(huì)產(chǎn)生較大的延遲，影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和控制品質(zhì)。
因此，有必要設(shè)計(jì)一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法，在控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不需要復(fù)雜的正、負(fù)序分解又能夠抑制PWM整流器的輸入功率脈動(dòng)，保證系統(tǒng)的控制品質(zhì)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法，該方法可以在三相電壓不平衡情況下，對(duì)PWM整流器的輸入功率脈動(dòng)進(jìn)行有效抑制，提高了不平衡電壓下PWM整流器的控制效果。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法， 其特征在于包括以下步驟(I)、檢測(cè)三相電壓型PWM整流器系統(tǒng)三相電網(wǎng)電壓、三相輸入電流和直流母線電壓，將三相電網(wǎng)電壓信號(hào)經(jīng)過軟件鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓位置角；(2)、將檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓和三相輸入電流經(jīng)過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓和輸入電流采樣值；(3)、將直流母線電壓參考值與步驟(I)得到的直流母線電壓實(shí)際值做差，經(jīng)過PI控制器得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸電流參考值，設(shè)q軸電流參考值為0，以電壓位置角度為變換角對(duì)d、q軸電流參考值進(jìn)行反Park變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流參考值；(4)、根據(jù)兩相靜止坐標(biāo)下的電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流計(jì)算系統(tǒng)有功功率和無功功率的實(shí)際值，將系統(tǒng)有功功率和無功功率實(shí)際值取反，分別經(jīng)過比例諧振控制器(I)、比例諧振控制器(2)并通過補(bǔ)償電壓計(jì)算得到有功功率、無功功率二倍頻補(bǔ)償電壓；(5)、將步驟(4)得到的二倍頻補(bǔ)償電壓以電網(wǎng)電壓位置角度為變換角進(jìn)行反Park變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓；(6)、采用步驟(5)得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓分別對(duì)各開關(guān)組合作用下整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的各開關(guān)組合作用下整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的輸入電壓；(7)、將步驟(3)中計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電流參考值、步驟(2)中計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓和電流采樣值，以及步驟(6)中得到的補(bǔ)償后的各輸入電壓分別作為模型預(yù)測(cè)控制器的輸入;(8)、將三相電壓型PWM整流器模型作為預(yù)測(cè)模型，通過預(yù)測(cè)模型獲得各電壓矢量作用下的預(yù)測(cè)電流，通過價(jià)值函數(shù)選擇使電流給定值與電流預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值最小的電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量；(9)、用步驟(8)得到的最優(yōu)電壓矢量對(duì)應(yīng)的開關(guān)位置信號(hào)作為控制功率器件的開關(guān)信號(hào)。
作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，步驟(6)中所述的補(bǔ)償過程具體為將各開關(guān)組合作用下整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的輸入電壓分別與步驟(4)得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓相減，得到補(bǔ)償后的各開關(guān)組合作用下的輸入電壓。
本發(fā)明的不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法，通過對(duì)各開關(guān)組合作用下整流器的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)二倍頻補(bǔ)償，消除了電網(wǎng)電壓不平衡對(duì)控制系統(tǒng)造成的影響，消除了三相PWM整流器在電網(wǎng)不平衡情況下的輸入功率波動(dòng)，增強(qiáng)了模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)在電網(wǎng)不平衡時(shí)的運(yùn)行性能。


圖I為三相電壓型P麗變換器主電路結(jié)構(gòu)；圖2為基于模型預(yù)測(cè)控制的三相PWM 整流器控制結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為采用本發(fā)明控制算法前后的輸入功率波形圖。
具體實(shí)施方法結(jié)合附圖詳細(xì)描述實(shí)施例。三相電壓型PWM整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖I所示。圖中， uga、ugb, Ugc為交流側(cè)三相電壓源，iga、igb、igc為三相交流側(cè)電流，uca, uch, Ucc為整流橋輸入側(cè)三相電壓，Uic為直流側(cè)電壓，Zg和TPg分別為進(jìn)線電感及其等效電阻，C為直流濾波電容， O為電網(wǎng)中點(diǎn)，iL為負(fù)載電流，直流側(cè)負(fù)載由電阻慫等效表示。
三相VSR的數(shù)學(xué)模型可通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系中，表示為
權(quán)利要求
1.一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于包括以下步驟(I)、檢測(cè)三相電壓型PWM整流器系統(tǒng)三相電網(wǎng)電壓、三相輸入電流和直流母線電壓， 將三相電網(wǎng)電壓信號(hào)經(jīng)過軟件鎖相環(huán)得到電網(wǎng)電壓位置角；(2)、將檢測(cè)到的三相電網(wǎng)電壓和三相輸入電流經(jīng)過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓和輸入電流采樣值;(3)、將直流母線電壓參考值與步驟(I)得到的直流母線電壓實(shí)際值做差，經(jīng)過PI控制器得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸電流參考值，設(shè)q軸電流參考值為0，以電壓位置角度為變換角對(duì) d、q軸電流參考值進(jìn)行反Park變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流參考值；(4)、根據(jù)兩相靜止坐標(biāo)下的電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流計(jì)算系統(tǒng)有功功率和無功功率的實(shí)際值，將系統(tǒng)有功功率和無功功率實(shí)際值取反，分別經(jīng)過比例諧振控制器(I)、比例諧振控制器⑵并通過補(bǔ)償電壓計(jì)算得到有功功率、無功功率二倍頻補(bǔ)償電壓；(5)、將步驟(4)得到的二倍頻補(bǔ)償電壓以電網(wǎng)電壓位置角度為變換角進(jìn)行反Park變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓；(6)、采用步驟(5)得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓分別對(duì)各開關(guān)組合作用下整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的各開關(guān)組合作用下整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的輸入電壓；(7)、將步驟(3)中計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電流參考值、步驟(2)中計(jì)算得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓和電流采樣值，以及步驟(6)中得到的補(bǔ)償后的各輸入電壓分別作為模型預(yù)測(cè)控制器的輸入；(8)、將三相電壓型 PWM整流器模型作為預(yù)測(cè)模型，通過預(yù)測(cè)模型獲得各電壓矢量作用下的預(yù)測(cè)電流，通過價(jià)值函數(shù)選擇使電流給定值與電流預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值最小的電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量;(9)、用步驟(8)得到的最優(yōu)電壓矢量對(duì)應(yīng)的開關(guān)位置信號(hào)作為控制功率器件的開關(guān)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于所述步驟(6)中的補(bǔ)償過程具體為將各開關(guān)組合作用下整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的輸入電壓分別與步驟(4)得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓相減，得到補(bǔ)償后的各開關(guān)組合作用下的輸入電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為一種不平衡電壓下三相PWM整流器的模型預(yù)測(cè)控制方法，將計(jì)算得到的輸入有功功率、無功功率取反，經(jīng)比例諧振控制器，再通過補(bǔ)償電壓計(jì)算得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓，然后經(jīng)過反Park變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的二倍頻補(bǔ)償電壓并補(bǔ)償?shù)絺鹘y(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制的輸出電壓中，通過價(jià)值函數(shù)選擇使電流給定值與電流預(yù)測(cè)值之差的絕對(duì)值最小的電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量，并作為控制功率器件的開關(guān)信號(hào)。本發(fā)明在電網(wǎng)電壓不平衡條件下能夠有效抑制整流器輸入功率的二倍頻波動(dòng)，控制結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)延時(shí)較小，能夠同時(shí)消除系統(tǒng)輸入有功功率、無功功率的二次脈動(dòng)。
文檔編號(hào)H02M1/12GK102916599SQ20121041600
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者施艷艷, 王萌 申請(qǐng)人:河南師范大學(xué)