[发明专利]电压不平衡跌落时电压型PWM整流器定频模型预测控制方法

说明书

  

技术领域

    本发明涉及一种电网电压不平衡跌落时电压型PWM整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别涉及一种电网电压不平衡跌落时电压型PWM整流器定频模型预测控制方法。 

背景技术

近年来基于模型预测控制的功率变换器控制方法得到快速发展。模型预测控制是一种基于数学模型来预测控制对象未来响应的控制算法，算法中包含一个根据控制目标进行定义的价值函数，通过最小化价值函数，算法在每个采样周期预测得到最佳电压矢量作为下一周期的作用矢量。定频式模型预测控制是模型预测控制的一个分支，该方法在模型预测控制中加入调制技术，具有开关频率较低，易于电磁干扰设计等优点。 

在电网电压不平衡跌落时，基于定频式模型预测控制器的PWM整流器交流侧功率将产生二次脉动，严重影响整流器的运行品质。在电网电压不平衡跌落时的情况下，传统的PWM整流器定频式模型预测控制方法是采用对称分量理论对系统进行正、负序分解，计算正、负序电流给定值，再采用控制器对正、负序电流进行调节。系统运行时的正、负相序分解过程将会对控制系统的响应速度、控制精度和稳定运行产生影响。另外，该方法控制结构复杂、运算量大、不能同时抑制系统的有功功率和无功功率波动。 

因此，有必要设计一种电网电压不平衡跌落条件下电压型PWM整流器的定频式模型预测控制方法，在控制系统运行时，不需要复杂的正、负序分解又能够同时抑制PWM整流器的输入有功功率、无功功率脉动，保证系统的控制品质。 

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种电压不平衡跌落时电压型PWM整流器定频模型预测控制方法，该方法可以在电网电压不平衡跌落时的情况下，对PWM整流器的输入有功功率、无功功率脉动同时进行抑制，提高定频式模型预测控制在电压不平衡跌落条件下对三相PWM整流器的控制效果。 

本发明的技术方案为：一种电压不平衡跌落时电压型PWM整流器定频模型预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、检测三相电压型PWM整流器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流，将两相静止坐标系下的电网电压信号经过软件锁相环，得到电网电压位置角和电网电压旋转角速度，以电压位置角度为变换角对两相静止坐标系下的电网电压和输入电流值进行Park变换，得到两相旋转坐标系下的电网电压和输入电流；(3)、根据两相旋转坐标下的电网电压和输入电流计算系统有功功率和无功功率实际值，将系统有功功率、无功功率二倍频给定值与有功功率、无功功率实际值作差，分别经过比例谐振控制器(1)、比例谐振控制器(2)并通过补偿电压计算得到有功功率、无功功率二倍频补偿电压，将直流母线电压参考值与步骤(1)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制器得到同步旋转坐标系下d轴电流参考值，设q轴电流参考值为0；(4)、将αβ平面分为六个扇区，根据电压位置角度，确定电网电压矢量所在扇区，选择与电网电压矢量所在扇区相邻的两个电压矢量和零矢量作为作用矢量，根据开关表和直流母线电压得到以上选择的两相静止坐标系下的两个电压矢量和零矢量对应的电压值，将此电压值经过Park变换，得到两相旋转坐标系下对应的电压值；(5)、将步骤(4)中的得到的两个电压矢量和零矢量在两相旋转坐标系下对应的电压与步骤(3)得到的二倍频补偿电压作差，得到补偿后的变换器输入电压；(6)、将步骤(2)得到的两相旋转坐标系下的电网电压和输入电流值、步骤(5)得到的补偿后的变换器输入电压作为电流预测模型的输入，得到d、q轴电流的变化率；(7)、采用步骤(2)得到的两相旋转坐标系下的输入电流值、步骤(3)得到的d、q轴电流参考值、步骤(6)得到的d、q轴电流的变化率作为矢量持续时间计算模块的输入，得到各矢量的作用时间；(8)、将步骤(7)中的到的各矢量作用时间输入到调制器，将调制器输出的开关位置信号作为控制功率器件的开关信号。 

作为进一步的实施方式，步骤(7)中所述矢量持续时间计算模块的表达式为：