[发明专利]基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法

权利要求书

1.基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(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)，并转换为数字信号；

(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*)和电网电压相位信息的cos(wt)相乘得到参考电流i^*_α，参考电流幅值(I*)和电网电压相位信息的sin(wt)相乘得到参考电流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、三相交流侧电压进行模型预测控制，具体如下：

A)假设交流侧电抗为L，线路及电抗等效电阻为R，ABC三相参数均相等，两相静止坐标系下开关函数定义为Sα和Sβ，设系统采样中周期为Ts；根据基尔霍夫电压定律得到交流侧电流关系如式(1)：

其中i_α和i_β为三相电抗器的输入电流值(ia、ib、ic)变换到两相αβ静止坐标系的值；e_α和e_β为电网三相输入的电压值(ea、eb、ec)变换到两相αβ静止坐标系的值；Vdc为三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的直流电压值；

将式(1)离散化得到k+1采样时刻的电流表达式(2)：

其中i_α(k)和i_β(k)为k采样时刻两相αβ静止坐标系下三相电抗器的输入电流测量值；i_α(k+1)和i_β(k+1)为k+1采样时刻两相αβ静止坐标系下三相电抗器的预测电流值；

B)为使得k+1时刻预测电流很好的跟踪参考电流i^*_α和i^*_β，定义目标函数如(3)：

J＝(i_α(k+1)-i^*_α)²+(i_β(k+1)-i^*_β)² (3)

C)当目标函数J最小时，电流跟踪效果最好，求得偏微分和并令其等于零：

其中V_α＝S_α*V_dc，V_β＝S_β*V_dc，V_α和V_β为两相αβ静止坐标系下整流桥交流侧电压；

通过式(4)得到整流桥交流侧电压Vα和Vβ为(5)：

(S5)根据模型预测控制得到整流桥交流侧电压Vα和Vβ，并转化到三相abc静止坐标系下得到Va、Vb、Vc，将Va、Vb、Vc分别除以指令直流电压值Vdc_ref然后经过PI调节并限幅，输出与三角波进行比较，最后输出6路驱动信号，其中三角波幅值与PI限幅一致；

在步骤(S2)中，所述的输出直流电压(Vdc)采样采用电阻分压，并利用HCPL-7840隔离，再经过运放调理使采样电压适应DSP采样端口的电压范围；

在步骤(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；

在步骤(S5)中，是将模型预测的输出进行三角波比较控制，无需调制器，开关频率与三角波频率相同，可以通过调节三角波频率来调节开关频率实现定频，从而得到三相驱动信号；其中当三角波比较控制时，输入值大于三角波时相应半桥的上桥臂的驱动信号为1，下桥臂的驱动信号为0；当输入值小于三角波时相应半桥的上桥臂的驱动信号为0，下桥臂的驱动信号为1。