[发明专利]一种基于三相Vienna整流器的无差拍预测直接功率控制方法

权利要求书

1.一种基于三相Vienna整流器的无差拍预测直接功率控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：基于基尔霍夫定律及坐标变换技术，建立αβ坐标系下三相Vienna整流器的数学模型；

步骤2：通过电流表及电压表测量交流侧输入电流i_{x(x＝a、b、c)}、三相电网电压e_{x(x＝a、b、c)}及直流侧上下电容电压V_C1、V_C2、负载电压V_dc；

步骤3：将步骤2所测得的abc坐标系下的交流侧电网电压、电感电流经坐标变换得到αβ坐标系下的e_α、e_β、i_α、i_β；

步骤4：在三相电路瞬时有功和无功功率原理的基础上，建立无差拍预测直接功率控制模型，并结合拉格朗日线性插值法对第k+2时刻有功功率进行估算，给出αβ坐标系下控制电压矢量的表达式；

步骤5：将第k时刻的直流侧上下电容电压差值V_C1(k)-V_C2(k)导入PI控制器中得到中位点平衡信号r，并将第k时刻的负载电压V_dc(k)导入到电压外环滑模控制模块，得到有功功率给定值p^*；

步骤6：将步骤3中的电网电压e_α、e_β、电感电流i_α、i_β及步骤5中有功功率给定值p^*导入到步骤4所建立的无差拍预测直接功率控制模块，计算出αβ坐标系下控制电压矢量V_α、V_β；

步骤7：将步骤5中的中位点平衡信号r及步骤6计算所得的控制电压矢量V_α、V_β导入到SVPWM中，得到三相Vienna整流器功率开关管控制信息，控制开关管动作；

步骤1中，e_a、e_b、e_c为三相静止坐标系下的电网电压；i_a、i_b、i_c为三相静止坐标系下的电感电流；S_a、S_b、S_c为Vienna整流器的开关函数；e_α、e_β、i_α、i_β为两相静止坐标系下的交流侧电压与电感电流；

为建立Vienna整流器数学模型，首先假设：

1)、整流器交流侧三相电源对称；

2)、所有功率器件均为理想器件且忽略开关损耗及管压降；

3)、整流器以PWM方式工作，开关频率远大于电网频率；

4)、直流侧两个电容值相等；

为建立Vienna整流器的数学模型，首先定义开关状态函数S_X(X＝a、b、c)为X相的开关函数，根据Vienna整流器的工作原理可知：S_X＝0，S_X导通；S_X＝1,S_X关断且i_X0；S_X＝-1，S_X关断且i_X0，将S_X分解为S_Xp、S_XO、S_Xn，且有如下约束条件：

三相Vienna整流器等效数学模型在表达形式上对称，因此首先分析A相回路，根据Vienna整流器的拓扑结构和基尔霍夫电压定律可得A相回路的电压方程为：

式中，e_a为三相静止坐标系下A相的电网电压，i_a为交流侧电感电流，V_aN为开关管两端的电压，V_NO为直流母线中点与电源中性点间的电压；

由于三相对称，则B、C相的电压方程可以表示为：

理想三相电网有：e_a+e_b+e_c＝0、i_a+i_b+i_c＝0，由式(3)可得：

将式(2)、(3)带入式(4)中可得：

由式(5)可得：

式中,V_ao、V_bo、V_co为整流桥侧对电源中性点电压；V_C1、V_C2为直流侧电容电压。