[发明专利]一种计及环流抑制的并联PWM整流器模型预测控制方法

摘要

本发明公开了一种计及环流抑制的并联PWM整流器模型预测控制方法，通过将零序环流分区间计算引入模型预测控制中，可有效降低零序环流分量和减小处理器计算时间，提高系统的可靠性和效率。首先直接分析控制系统中不同电压矢量组合对零序环流的影响，然后根据零序环流分量值将64个电压矢量组合分成4个区间，进而将选定区间内的开关状态量进行循环寻优计算，无需额外增加硬件装置，即可实现零序环流分量降低和处理器计算时间减小，满足电动汽车、风力发电等电力电子应用领域对系统可靠性和效率的要求。

主权项

1.一种计及环流抑制的并联PWM整流器模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在每一个控制周期中，利用电压PI控制器(1)实时计算整流器网侧d轴电流参考值i_d1^*/i_d2^*；步骤2：通过锁相环模块(2)得到相位角θ，结合相位角θ和三相电网电压(9)实时获得整流器网侧d/q轴电压e_d/e_q；步骤3：通过坐标变换器(3,4)实时计算整流器I(10)的网侧d/q/z轴电流i_d1/i_q1/i_z1和整流器II(11)的网侧d/q轴电流i_d2/i_q2；步骤4：将获得的整流器网侧d/q轴电压、网侧d/q轴电流和网侧d/q轴电流参考值输入整流器网侧桥臂中点电压参考值计算模块(5)，计算(k+1)时刻的整流器网侧桥臂中点电压参考值v_d1^*(k+1)/v_q1^*(k+1)和v_d2^*(k+1)/v_q2^*(k+1)；步骤5：所述整流器I(10)的网侧z轴电流i_z1即为并联PWM整流器的零序环流，将所述零序环流输入电压矢量区间选择模块(6)判断电压矢量区间，然后将选定电压矢量区间内的基本电压矢量通过整流器网侧桥臂中点电压预测值计算模块(7)计算获得(k+1)时刻的整流器网侧桥臂中点电压预测值v_d1(k+1)/v_q1(k+1)和v_d2(k+1)/v_q2(k+1)；步骤6：将(k+1)时刻整流器网侧桥臂中点电压参考值v_d1^*(k+1)/v_q1^*(k+1)和v_d2^*(k+1)/v_q2^*(k+1)，以及(k+1)时刻网侧桥臂中点电压预测值v_d1(k+1)/v_q1(k+1)和v_d2(k+1)/v_q2(k+1)输入最优电压矢量选择模块(8)，建立价值函数g_u：步骤7：优化所述价值函数获得最优开关状态分别送给整流器I和整流器II；所述步骤5中：将矢量重新排列后建立新的基本电压矢量表，定义基本电压矢量为(u₀,u₁,u₂,u₃,u₄,u₅,u₆,u₇)＝(000,100,010,001,110,011,101,111)；将环流方向由VSR1流向VSR2定义为零序环流的正方向，公式(6.1)为整流器I三相支路回路电压计算公式，根据单相脚桥臂四种通断情况(1,0)、(0,0)、(1,1)和(0,1)，v_a1‑v_a2、v_b1‑v_b2、v_c1‑v_c2分别具有三种可能值u_dc、0、‑u_dc；公式(6.2)为整流器零序环流i_z1，此公式下零序环流i_z1具有七种可能值‑3u_dc、‑2u_dc、‑u_dc、0、u_dc、2u_dc和3u_dc；i_z1＝i_a1+i_b1+i_c1＝‑i_z2                  (6.2)其中，v_ax、v_bx和v_cx为整流器网侧桥臂中点电压，i_ax、i_bx和i_cx为整流器网侧三相电流，L_x为网侧滤波电感，R_x为网侧电阻，x＝1，2；通过分析不同相脚桥臂的通断状态，将不同矢量组合对环流i_z1的影响在下表中定义：表中，“+”表示环流方向与正方向相同，“‑”表示环流方向与正方向相反；矢量组合的数值越大表示对环流的影响则越大；其中，i＝1,2,…,8为VSR1对应的基本电压矢量序号，j＝1,2,…,8为VSR2对应的基本电压矢量序号；上表将64个电压矢量分成4个区间，当获得的所述零序环流i_z1>0时，选择区间(E1 E2)；当获得的所述零序环流i_z1<0时，选择区间(E2 E1)；当获得的零序环流i_z1＝0时，选择区间(E1 E1)和(E2 E2)；其中，(E1 E2)即(1<i<4，5<j<8)，(E2 E1)即(5<i<8，1<j<4)，(E1 E1)即(1<i<4，1<j<4)，(E2 E2)即(5<i<8，5<j<8)；将选定区间内的基本电压矢量沿静止坐标系α/β的分量u_αx和u_βx输入整流器网侧桥臂中点电压预测值计算模块(7)，根据公式(6.3)获得(k+1)时刻网侧桥臂中点电压预测值v_dx(k+1)和v_qx(k+1)；其中，i_z2为整流器II(11)的网侧z轴电流，θ为相位角。