[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

说明书

本发明公布了基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法，属于电力电子变流技术、智能控制领域。该发明的控制方法主要由电压外环、模型预测控制、三角波比较控制组成；其中电压外环为PI环节，模型预测控制为电流内环控制，控制方法简单，利用三角波比较控制与模型预测控制各自的优点在开关频率较低时实现输入功率因数为1的定频控制、交流侧输入电流低谐波。

技术领域

本发明涉及三相电压型PWM整流技术，尤其涉及基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法。

背景技术

随着经济的发展，大功率直流电源的需求量逐年上升，传统的不控和相控大功率电源输入电流谐波大，功率因数低对电网影响较大，而且电流响应慢无法满足生产生活需求；而三相电压型PWM整流器能从根源上消除输入电流谐波，且具有单位功率因数，所以受到当前电力电子领域的重点关注。

目前常见的控制策略有：滞环比较控制、模型预测控制、电流预测控制，前馈解耦控制，但是这些控制目前仍有不足之处：简单的滞环比较控制输入电流纹波依然较大；而前馈解耦控制、电流预测控制需要增加SVPWM或SPWM环节，算法复杂；模型预测控制分为连续的模型预测控制和有限集模型预测控制，有限集模型预测控制虽然动态响应比较快，但不能实现定频控制，造成交流侧滤波困难，而连续的模型预测控制通常需要调制器。

发明内容

针对现有控制策略的不足，本发明目的在于提供基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法。利用三角波比较控制与模型预测各自的优点，设计新型控制方法，简化算法的同时，降低交流侧电流谐波，同时实现定频控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法，主要步骤如下：

(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)，并装换为数字信号；

(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)，采用分压法采样三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的输出直流电压值(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)的差作为电压外环的输入，电压外环采用PI控制，PI控制的输出得到参考电流的幅值(I*),参考电流幅值(I*)与电网电压相位信息相乘得到参考电流i*α和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；

(S5)在两相αβ静止坐标系根据模型预测控制得到整流桥交流侧两相电压(Vα、Vβ)，并变换到三相abc静止坐标系得到三相电压(Va、Vb、Vc)，将变换得到的三相电压分别除以直流电压参考值(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；其中三角波的幅值与PI限幅一致。

进一步地，所述步骤(S1)中，利用锁相电路得到电网A相电压(ea)的过零点时间，用DSP实时计算电网的周期，同时计算电网输入三相电压的值。

进一步地，所述步骤(S2)中，中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)两端的输出直流电压值(Vdc)。