[发明专利]一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法

权利要求书

1.一种三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据三相电网电压信号(u_a,u_b,u_c)和两相电流信号(i_a,i_b)计算当前时刻的瞬时有功功率p和瞬时无功功率q：

p＝u_ai_a+u_bi_b-u_c(i_a+i_b)；

q=13[(ub-uc)ia+(uc-ua)ib-(ua-ub)(ia+ib)];]]>

2)计算当前时刻的下一时刻瞬时有功功率和瞬时无功功率

p^=ωL[di^adθ(2i^a+i^b)+di^bdθ(2i^b+i^a)]+V^dc*[(Sai^a+Sbi^b-Sc(i^a+i^b)];]]>

q^=13{3ωL(di^bdθi^a-di^adθi^b)-V^dc*[Sa(2i^a+i^b)-Sb(2i^a+i^b)+Sc(i^a-i^b)]};]]>

其中，(S_a,S_b,S_c)为当前时刻的三电平PWM变换器直接功率控制的三电平PWM变换器三相开关组合输出状态；为下一时刻的两相电流信号；为下一时刻直流母线电压；ω为三相电网角频率；L为输入电抗器的电感量；

3)比较当前时刻的瞬时有功功率p和参考瞬时有功功率p^*、当前时刻的瞬时无功功率q和参考瞬时无功功率q^*，得到一组开关表选择信号(S_p,S_q)，利用所述开关表选择信号(S_p,S_q)，结合在α-β坐标系下的电压参考矢量所在扇区号查找三电平PWM整流器直接功率控制开关表，选定一个三相开关组合A；比较下一时刻瞬时有功功率和参考瞬时有功功率p^*、下一时刻瞬时无功功率和参考瞬时无功功率q^*，得到另一组开关表选择信号利用该组开关表选择信号结合在α-β坐标系下的电压参考矢量所在扇区号查找三电平PWM整流器直接功率控制开关表，选定另一个三相开关组合B；

4)确定上述三相开关组合A和三相开关组合B的输出顺序；

5)以下一个周期的功率脉动最小为控制目标，计算得到一个时间分配因子ξ，在一个周期内对两个三相开关组合A和B的输出时间进行分配。

2.根据权利要求1所述的三电平PWM整流器的变开关组合直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤5)中，时间分配因子ξ的计算过程如下：

设三电平PWM整流器的开关周期为t_s，则三相开关组合A和B的输出时间分别为ξt_s和(1-ξ)t_s；

当三相开关组合A先输出时，三电平PWM整流器的功率脉动函数f_AB(ξ)为：

fAB(ξ)={p^A(k+1)-(1-ξ)[p^B(k+1)-p(k)]-p*}2+{q^A(k+1)-(1-ξ)[q^B(k+1)-q(k)]-q*}2,]]>令即求得ξ的值；

当三相开关组合B先输出时，三电平PWM整流器的功率脉动函数f_BA(ξ)为：

fBA(ξ)={ξp^A(k+1)-[p^B(k+1)-p(k)]-p*}2+{ξq^A(k+1)-[q^B(k+1)-q(k)]-q*}2,]]>令即求得ξ的值；

其中，当三相开关组合A先输出时：

p^A(k+1)=ωLiA(a)(k+1)-ia(k)ξΔθ[2iA(a)(k+1)+iA(b)(k+1)]+iA(b)(k+1)-ib(k)ξΔθ[2iA(b)(k+1)+iA(a)(k+1)]+]]>

V^dc*(k+1)SA(a)iA(a)(k+1)+SA(b)iA(b)(k+1)-SA(c)[iA(a)(k+1)+iA(b)(k+1)]]]>

q^A(k+1)=3ωLiA(b)(k+1)-ib(k)ξΔθiA(a)(k+1)-iA(a)(k+1)-ia(k)ξΔθiA(b)(k+1)-;]]>

13V^dc*(k+1)SA(a)[2iA(b)(k+1)+iA(a)(k+1)]-SA(b)[2iA(a)(k+1)+iA(b)(k+1)]+SA(c)[iA(a)(k+1)-iA(b)(k+1)]]]>

p^B(k+1)=ωLia(k+1)-ia(k)Δθ[2ia(k+1)+ib(k+1)]+ib(k+1)-ib(k)Δθ[2ib(k+1)+ia(k+1)]+;]]>

V^dc*(k+1)SB(a)ia(k+1)+SBbib(k+1)-SB(c)[ia(k+1)+ib(k+1)]]]>

q^B(k+1)=3ωLib(k+1)-ib(k)Δθia(k+1)-ia(k+1)-ia(k)Δθib(k+1)-;]]>

13V^dc*(k+1)SB(a)[2ib(k+1)+ia(k+1)]-SB(b)[2ia(k+1)+ib(k+1)]+SB(c)[ia(k+1)-ib(k+1)]]]>

i_A(x)(k+1)＝ξ[i_(x)(k+1)-i_(x)(k)]+i_(x)(k)；

当三相开关组合B先输出时：

p^B(k+1)=ωLiB(a)(k+1)-ia(k)(1-ξ)ξΔθ[2iB(a)(k+1)+iB(b)(k+1)]+iB(b)(k+1)-ib(k)(1-ξ)ξΔθ[2iB(b)(k+1)+iB(a)(k+1)]+]]>

V^dc*(k+1)SB(a)iB(a)(k+1)+SB(b)iB(b)(k+1)-SB(c)[iB(a)(k+1)+iB(b)(k+1)]]]>

q^B(k+1)=3ωLiB(b)(k+1)-ib(k)(1-ξ)ΔθiB(a)(k+1)-iB(a)(k+1)-ia(k)(1-ξ)ΔθiB(b)(k+1)-;]]>

13V^dc*(k+1)SB(a)[2iB(b)(k+1)+iB(a)(k+1)]-SB(b)[2iB(a)(k+1)+iB(b)(k+1)]+SB(c)[iB(a)(k+1)-iB(b)(k+1)]]]>

p^A(k+1)=ωLia(k+1)-ia(k)Δθ[2ia(k+1)+ib(k+1)]+ib(k+1)-ib(k)Δθ[2ib(k+1)+ia(k+1)]+]]>

V^dc*(k+1)SA(a)ia(k+1)+SAbib(k+1)-SA(c)[ia(k+1)+ib(k+1)]]]>

q^A(k+1)=3ωLib(k+1)-ib(k)Δθia(k+1)-ia(k+1)-ia(k)Δθib(k+1)-]]>

13V^dc*(k+1)SA(a)[2ib(k+1)+ia(k+1)]-SA(b)[2ia(k+1)+ib(k+1)]+SA(c)[ia(k+1)-ib(k+1)]]]>

其中，(k+1)和分别三相开关组合A作用后的瞬时有功功率和瞬时无功功率；和分别三相开关组合B作用后的瞬时有功功率和瞬时无功功率；i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)分别为当前时刻的三相电流值；i_A(a)(k+1)、i_A(b)(k+1)、i_A(c)(k+1)分别为三相开关组合A作用结束时刻的三相电流值；i_B(a)(k+1)、i_B(b)(k+1)、i_B(c)(k+1)分别为三相开关组合B作用结束时刻的三相电流值；△θ为一个周期内参考矢量旋转角度的变化量；S_A(a)、S_A(b)、S_A(c)分别为三相开关组合A的三相输出状态，S_B(a)、S_B(b)、S_B(c)分别为三相开关组合B的三相输出状态，每一相的输出状态分别取值为0、1、2，在三电平中点电位平衡时对应的输出电压分别为0、V_dc(k)/2、V_dc(k)，其中V_dc(k)为当前时刻的直流母线电压，根据三相输出状态的开关状态进行取值，当某一相的开关状态为0时，开关状态为1时，V^dc*(k+1)=V^C2(k+1),]]>开关状态为2时，其中和分别为下一时刻三电平PWM整流器直流母线上下两个电容的电压。