[发明专利]主动前端整流器模型预测控制参数不匹配补偿方法

说明书

技术领域

    本发明涉及主动前端整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别涉及一种主动前端整流器模型预测控制参数不匹配补偿方法。 

背景技术

模型预测控制（MPC）需要根据数学模型预测对象下一时刻的运行状态，其对模型的准确性要求较高。在主动前端整流器电路中含有电阻、电感等器件，温度的变化、磁路的饱和程度和其他环境条件变化均会使电路中的电阻、电感等器件参数发生改变。电路参数的变化将导致控制系统参数标称值与系统实际参数值不匹配，进而影响MPC控制的稳定性和鲁棒性，降低系统的控制品质。有学者将模型参数不匹配对系统造成的影响作为扰动量，采用观测器通过前馈补偿来消除系统扰动，增强控制系统鲁棒性。有学者采用积分滑模控制策略消除了模型预测结果与实际闭环系统的误差，提高了MPC控制系统的鲁棒性。针对MPC控制系统预测模型不匹配产生的扰动，有学者采用扩张状态观测器估计实际扰动并通过前馈补偿，获得了较好的控制效果。 

由于MPC控制过程采用循环寻优，直接输出的不定频方式，其采样频率较高，运行性能受系统延迟影响较为明显。以上算法虽然可以消除模型误差对控制系统的影响，但算法均较为复杂，大大增加了程序的运算时间，进而影响控制效果。因此，有必要设计一种模型预测控制参数不匹配补偿方法，在较短的采样周期内可实时对模型参数不匹配问题进行修正，提高系统的鲁棒性。 

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种主动前端整流器模型预测控制参数不匹配补偿方法,该方法在对象模型参数不匹配时，通过反推实际模型参数并实时对预测模型进行补偿，进而获得最优的电压矢量，保证系统的控制品质，算法运算量小、结构简单、易于实现，可有效提高系统运行的鲁棒性。 

本发明的技术方案为：一种主动前端整流器模型预测控制参数不匹配补偿方法，其特征在于包括以下步骤：1、一种主动前端整流器模型预测控制参数不匹配补偿方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、检测主动前端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采样值；(3)、将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(4)、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，以电压位置角度为变换角对d、q轴电流参考值进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电流参考值；(5)、将上一时刻α轴电网电压、上一时刻整流器α轴输出电压、上一时刻整流器α轴输入电流、当前时刻整流器α轴输入电流以及采样周期作为电感反推算法的输入，获得反推的实际电感参数；(6)、采用反推的实际电感参数修正主动前端整流器预测模型，将修正参数后的主动前端整流器模型作为预测模型；(7)、将步骤(4)中计算得到的两相静止坐标系下的电流参考值、步骤(2)中计算得到的两相静止坐标系下的电网电压和电流采样值，以及各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压作为预测模型的输入；(8)、通过预测模型预测各电压矢量作用下的预测电流，选择使电流参考值与电流预测值之差的绝对值最小的电压矢量对应的电压值作为输出电压；(9)、用步骤(8)得到的输出电压对应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(5)中的电感反推算法的工作过程为：将上一时刻的α轴电网电压与上一时刻整流器α轴输出电压做差后与采样周期相乘，将结果除以当前时刻整流器α轴输入电流与上一时刻整流器α轴输入电流之差，获得反推的实际电感参数。 

本发明的参数不匹配补偿方法在不改动硬件结构的情况下，通过增加电感反推算法，消除了模型参数不匹配对控制系统造成的影响，增强了模型预测控制系统的鲁棒性，实现主动前端整流器在预测模型存在较大误差情况下的稳定运行。 

附图说明

图1为主动前端整流器主电路结构图；图2为基于模型预测控制的主动前端整流器控制结构图；图3为电感反推结构图；图4为基于参数补偿的模型预测控制结构原理图；图5为电感参数不匹配时的三相电流实验波形图；图6为电感参数不匹配时的电流跟踪实验波形图；图7为电感不匹配时的直流母线电压波形图。 

具体实施方法