[发明专利]电压型PWM整流器定频式模型预测控制方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及电压型PWM整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别涉及一种电压型PWM整流器定频式模型预测控制方法。

背景技术

模型预测控制是一种根据控制对象模型来预测其未来响应的控制算法。算法中包含一个根据控制目标进行定义的价值函数。通过最小化此价值函数，算法在每个采样周期预测得到最有效的电压矢量，并作为下个采样周期的作用矢量。由于在每个采样周期需要进行大量的计算，模型预测控制一般应用于对系统响应速度要求不高的场合。随着微处理器计算速度的大幅提升，模型预测控制策略在电力电子的应用中体现出巨大的潜力。

采用传统不定频模型预测控制算法的PWM整流器，其控制系统需要较高的采样频率和变化的开关频率。较高的采样频率要求控制器具有快速的计算速度，因此将增加控制器负担，提高系统成本；变化的开关频率不易于电磁干扰滤波器的设计，不利于功率器件的安全运行，所以在很多商业应用中一般均采用固定开关频率控制算法。

因此，有必要设计一种三相PWM整流器的定频式模型预测控制方法，在控制系统运行时，系统无需较高的采样频率，电流纹波和电流失真较少，保证系统的控制品质。

发明内容

本发明的目的在于解决现有模型预测控制方法中存在的问题，提供了一种电压型PWM整流器定频式模型预测控制方法，该方法易于抗电磁干扰设计，可以有效降低控制系统的采样频率，减少电流纹波和电流失真，提高了PWM整流器的控制效果。

本发明的技术方案为：一种电压型PWM整流器定频式模型预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、检测三相电压型PWM整流器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流，将两相静止坐标系下的电网电压信号经过软件锁相环，得到电网电压位置角和电网电压旋转角速度，以电压位置角度为变换角对两相静止坐标系下的电网电压和输入电流值进行Park变换，得到两相旋转坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、将直流母线电压参考值与步骤(1)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制器得到同步旋转坐标系下d轴电流参考值，设q轴电流参考值为0；(4)、将αβ平面分为六个扇区，根据电压位置角度，确定电网电压矢量所在扇区，选择与电网电压矢量所在扇区相邻的两个电压矢量和零矢量作为作用矢量，根据开关表和直流母线电压得到以上选择的两相静止坐标系下的两个电压矢量和零矢量对应的电压值，将此电压值经过Park变换，得到两相旋转坐标系下对应的输入电压值；(5)、将步骤(2)得到的两相旋转坐标系下的电网电压和输入电流值、步骤(4)得到的两相旋转坐标系下的输入电压作为电流预测模型的输入，得到d、q轴电流的变化率；(6)、采用步骤(2)得到的两相旋转坐标系下的输入电流值、步骤(3)得到的d、q轴电流参考值、步骤(5)得到的d、q轴电流的变化率作为矢量持续时间计算模块的输入，得到各矢量的作用时间；(7)、将步骤(6)中的到的各矢量作用时间输入到调制器，将调制器输出的开关位置信号作为控制功率器件的开关信号。

作为进一步的实施方式，步骤(6)中所述矢量持续时间计算模块的表达式为： 

式中：，e_dm、e_dn、e_dl分别为所选矢量作用下d轴电流变化率，e_qm、e_qn、e_ql分别为所选矢量作用下q轴电流变化率，各矢量作用时间满足 t₀+t₁+t₂=T_s。

本发明的三相电压型PWM整流器定频式模型预测控制方法，消除了不定频模型预测控制方法采样频率高，不易于电磁干扰设计的缺点，可有效减少系统电流纹波和电流失真，增强了模型预测控制系统的运行性能。

附图说明

图1为三相电压型PWM变换器主电路结构图；图2为扇区定义图及各电压矢量对电流的影响示意图；图3为本发明模型预测控制的控制结构原理图；图4为采用本发明控制算法的电压、电流波形图；图5为采用本发明控制算法的电流频谱分析图。

具体实施方法