[发明专利]一种三相四开关整流器直接功率控制的模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种三相四开关整流器直接功率控制的模型预测控制方法，包括：A、通过整流器中电流传感器、电压传感器分别测出三相电流、三相电网电压和两个直流侧电容电压；B、通过测量的直流电容电压计算出四种开关组合(00,01,11,10)对应的电压矢量；C、根据测量的相电流和相电压，预测整流器四个电压矢量对应的有功功率和无功功率以及电容电压；E、计算四个电压矢量代价函数：预测值与参考值分别相减后取绝对值，各项乘以权重系数相加。F、将使得代价函数最小的电压矢量对应的开关状态施加到整流器中。该方法适用于三相四开关驱动的各种整流、有源滤波系统。

技术领域

本发明属于整流领域，具体涉及一种三相四开关功率变换器拓扑下直接功率控制的模型预测控制方法。

背景技术

近年来，以由六开关三相全控型电力电子器件组成的整流器，由于其可以控制能量的双向流动，功率因数可控，良好的直流电压调节性能，正弦的输入电流等诸多优点，在太阳能、风能等可再生能源并网发电，有源电力滤波器，以及变频调速等系统中得到了广泛的应用。这其中，变换器能量密度高，电力电子器件又相对“脆弱”，一旦变换器某只功率管发生开路或短路故障，整个系统便丧失了正常工作的能力，甚至发生灾难性后果，尤其是不间断电源的应用场合。

随着对整流器系统安全性、可靠性的要求越来越高，实时容错控制受到高度重视，然而大部分整流系统不配备冗余备份，这使得无冗余的三相四开关容错拓扑结构受到更大的关注。在三相六开关整流器一相功率管故障以后，可以将该桥臂接入电容中性点，恢复系统功能。三相四开关整流器为三相六开关的整流器提供了一套无冗余的容错方案。在众多针对三相四开关整流系统控制策略的专利和文献中，其大致方法分为两类：一类是假定直流电容电压是恒定不变的，在此基础上设计控制算法，由于电网的一相直接接到了电容中性点，相电流的流动会导致电容电压的波动和漂移，因此这类方法并不能用于实际系统；另一类是针对电容电压波动和漂移基于一些稳态假定设计的控制算法，但是这种算法一般是稳态的控制策略，其在电压调节的动态性能较差。

发明内容

为了克服现有三相四开关整流系统控制策略的不足，本发明提出了一种三相四开关功率变换器拓扑下直接功率控制的模型预测控制方法。该方法能在电容电压波动的情况下，实现高性能的无功功率和有功功率的闭环控制，而且还能抑制电容电压的漂移，不需要脉宽调制器和坐标变换。该方法适用于三相四开关驱动的各种整流器、有源电力滤波器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三相四开关功率变换器拓扑下直接功率控制的模型预测控制方法，具体包括：

(1)通过整流系统的电流霍尔传感器和电压霍尔传感器分别测出三相电流i_a^k,i_b^k,i_c^k，电容电压u₁^k,u₂^k和电网相电压e_ab^k,e_ac^k；并通过线电压计算电网相电压e_a^k,e_b^k,e_c^k；

(2)通过测量的电容电压u₁^k,u₂^k计算四个电压矢量V₁,V₂,V₃,V₄当前时刻的值，通过电网相电压e_a^k,e_b^k,e_c^k计算电压矢量通过相电流i_a^k,i_b^k,i_c^k计算电流矢量的值，其中四种开关组合为00,10,11,01；