[发明专利]一种三电平PWM整流器直接功率控制方法

权利要求书

1.一种三电平PWM整流器直接功率控制方法，包括网侧电压电流采样、直流母线上下电容电压采样、电容电压滞环比较、功率滞环比较、功率和扇区号计算和开关算法实现，其特征在于开关算法的设计和实现，包括以下步骤；

第一步：利用开关函数和基尔霍夫电压定律，建立二极管箝位式三电平电压型PWM整流器网侧αβ静止坐标系下的数学模型，忽略网侧线路电阻，在采样周期内对上述数学模型离散化，得到电流变化的表达式如下：

Δiα=iα(k)-iα(k-1)=TsL[eα(k)-uα(k)]Δiβ=iβ(k)-iβ(k-1)=TsL[eβ(k)-uβ(k)]]]>

其中，u_α、u_β、i_α、i_β、e_α、e_β分别为整流器输入端电压、整流器输入端电流和电网电压的α、β轴分量；Δi_α、Δi_β为输入电流变化量；T_s为采样周期；L为电抗器的电感值；k表示采样时刻；

第二步：在αβ静止坐标系下，将电网传输的瞬时功率在采样周期内离散化，并把离散化的电流表达式代入，得到整流器的瞬时功率控制模型：

Δp=TSL[eα2(k)+eβ2(k)-eα(k)·uα(k)-eβ(k)·uβ(k)]Δq=TSL[eα(k)·uβ(k)-eβ(k)·uα(k)]]]>

第三步：针对三电平变换器的27组开关状态，得到27个基本矢量v_i，将其代入瞬时功率控制模型，并进行归一化，得到

Δpi‾=32||eαβ||Udc-(uαi‾·cosθ+uβi‾·sinθ)Δqi‾=uβi‾·cosθ-uαi‾·sinθ,]]>i＝1，2，......，27

其中，u_αi和u_βi为v_i在αβ坐标系下的分量；||v_i||_max为v_i的量大模长；||e_αβ||为电网线电压的有效值；U_dc为直流母线总电压；θ为电网电压空间矢量的位置角；和为基本矢量v_i作用下有功和无功的变化率；

第四步：计算出θ在0～360度范围内变化时，每个v_i所对应的和值；将v_i按长度分为长矢量、中矢量、小矢量和零矢量四类，根据长矢量和中矢量的位置将整个矢量图划分为12个扇区；本发明根据和值在每一扇区内的变化趋势，对长矢量、中矢量、小矢量和零矢量进行归类，同类型中各矢量对有功和无功的影响按变化率从大到小排列，得到在12个扇区中，v_i对和影响大小的分类表；

第五步：本发明将需跟踪的无功功率变化经滞环比较量化成两个等级S_q＝1，0，分别表示需要增加或减少无功功率；有功功率变化量化成四个等级S_p＝2，1，0，-1，分别表示负载突增需要快速增加有功功率、需要增加有功功率、有功功率变化不大的情况下主要控制无功功率的增减、需要减少有功功率；针对S_p和S_q的8种组合，从第四步得到的分类表中选择合适的v_i，得到三电平PWM整流器直接功率控制的开关表；

第六步：有功功率、无功功率的实际测量值和参考值的误差经滞环比较后被量化成S_p和S_q信号，它们和扇区信号Ф_i一起查开关表；当实现功率控制目标的基本矢量不止一个时，利用中点电位信息S和线电流信息选择其中平衡中点电位的小矢量；从而得到整流器理想开关S_a1～S_a4、S_b1～S_b4、S_c1～S_c4的PWM控制信号，最终实现三电平PWM整流器的直接功率控制。