[发明专利]基于改进型模型预测控制的三相PWM整流的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相电压型PWM整流技术领域，尤其涉及基于改进型模型预测控制的三相PWM整流的控制方法。

背景技术

随着经济的发展，大功率直流电源的需求量逐年上升，传统的不控和相控大功率电源输入电流谐波大，功率因数低对电网影响较大，而且电流响应慢无法满足生产生活需求；而三相电压型PWM整流器能从根源上消除输入电流谐波，且具有单位功率因数，所以受到当前电力电子领域的重点关注。

目前常见的控制策略有：滞环比较控制、模型预测控制、电流预测控制，前馈解耦控制，但是这些控制目前仍有不足之处：简单的滞环比较控制输入电流纹波依然较大；而前馈解耦控制、电流预测控制需要增加SVPWM或SPWM环节，算法复杂；传统有限集模型预测控制虽然动态响应比较快，但交流侧电流谐波相对于传统控制还是偏大。

发明内容

针对现有控制策略的不足，本发明目的在于提供基于改进型模型预测控制的三相PWM整流的控制方法。该方法在传统有限集模型预测控制的基础上改进目标函数的设定，将上一采样时刻的最优目标函数值加入到当前采样时刻的目标函数中，使得相邻采样时刻的目标函数值相互关联具有反馈特性，交流侧电流谐波大幅度下降，控制效果更好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：基于改进型模型预测控制的三相PWM整流的控制方法，主要步骤如下：

(S1)利用锁相电路得到电网A相电压(ea)的过零点，DSP根据电网A相电压(ea)的过零点实时计算电网周期，并以此更改控制周期，同时根据电网A相电压(ea)的过零点计算电网三相输入的电压值(ea、eb、ec)，并装换为数字信号；

(S2)利用电流霍尔传感器分别采样三相电抗器的输入电流值(ia、ib、ic)，采用分压法采样三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的输出直流电压值(Vdc)，并转换为数字信号；

(S3)完成步骤(S1)和(S2)后，将指令直流电压值(Vdc_ref)与输出直流电压值(Vdc)的差作为电压外环的输入，电压外环采用PI控制，PI控制的输出得到参考电流的幅值(I*),参考电流幅值(I*)与电网电压相位信息相乘得到参考电流i*α和i*β；

(S4)把三相电压型PWM整流器的数学模型从三相abc静止坐标系变换到两相αβ静止坐标系，并根据电压外环控制得到的参考电流、三相交流侧电流、三相交流侧电压、上一采样时刻的最优目标函数值J(k-1)_opt进行有限集模型预测控制，定义k时刻为当前采样时刻，k-1为上一采样时刻；

(S5)根据有限集模型模型预测控制直接输出三相开关信号Sa(k)、Sb(k)、Sc(k)并作用于开关管。

所述步骤(S1)中，利用锁相电路得到电网A相电压(ea)的过零点时间，用DSP实时计算电网的周期，同时计算电网输入三相电压的值。

所述步骤(S2)中，利用电流霍尔传感器分别采样三相电抗器的输入电流值(ia、ib、ic)，采用电阻分压法采样三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的输出直流电压值(Vdc)。

所述步骤(S3)中，将指令直流电压值(Vdc_ref)与输出直流电压值(Vdc)的差进行PI控制，PI控制输出得到参考电流的幅值(I*),参考电流幅值(I*)和cos(wt)相乘得到参考电流i*α，参考电流幅值(I*)和sin(wt)相乘得到参考电流i*β。

所述步骤(S4)中，根据(S1)、(S2)、(S3)步骤的数据在两相αβ静止坐标系下进行有限集模型预测控制(FiniteControlSetModelPredictiveControl，FCS-MPC)，在目标函数的定义中将上一采样时刻的最优目标函数值J(k-1)_opt加入到当前采样时刻的目标函数中使得相邻采样时刻的目标函数值相互关联具有反馈特性。

所述步骤(S5)中，有限集模型预测控制无需调制器直接输出三相开关信号Sa(k)、Sb(k)、Sc(k)并作用于开关管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、无需SVPWM单元或SPWM单元；

2、三相电压型PWM整流器交流侧输入电流谐波低，系统可实现单位功率因数运行；

3、三相电压型PWM整流器直流侧输出电压可控，纹波小；

4、保留传统有限集模型预测控制的所有优点。

附图说明

图1是本发明的基于改进型模型预测控制的三相PWM整流的控制方法控制框图；