[发明专利]一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法

权利要求书

1.一种三相电压型PWM变换器的滑模功率抵消直接功率控制方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

(1)采集三相电压型PWM变换器的三相电网电压u_ga、u_gb、u_gc，三相输入电流i_ga、i_gb、i_gc，和直流母线电压U_dc；

(2)将采集到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2坐标变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压u_gα、u_gβ和输入电流采样值i_gα、i_gβ，并计算出瞬时有功功率p与瞬时无功功率q，其中，下标gα、gβ均为区分作用，并非变量；

(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θ，并将电网电压位置角θ分为0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°和300°～360°六个扇区，分别对应I～VI扇区；

(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U_dc做差，经过自适应函数构造的滑模控制器得到电流参考值电流参考值与直流母线电压实际值U_dc相乘得到有功功率参考值p^ref，且设无功功率的参考值q^ref为0，其中，dc、d和ref均为区分作用，并非变量，步骤(4)中电流参考值的计算过程为：首先选取系统的状态变量为

式中，为直流母线电压参考值，U_dc为直流母线电压实际值，x₁为自定义的中间变量；

设计自适应连续变结构中的开关面切换函数为s＝x₁，以自适应连续函数重新构造变结构控制的趋近律，趋近律构造为：

其中，k₁、k₂均为调节系数，k₁＞0，k₂＞k₁＞0，m为(1+e^-s)的次数，n为切换函数s的次数，1＜m＜3，1＜n＜3，s为切换函数，s′为切换函数s的导数，为自适应连续函数，sgn(s)为符号函数；

对式(2)求导，由于是给定值，故求导结果为：

根据三相PWM整流器在d、q坐标系下直流侧的电流关系式

式中，C为直流侧电容；

根据式(4)和式(5)可得：

其中，i_d和i_q分别为同步旋转坐标系下的网侧电流，s_d和s_q分别为同步旋转坐标系下d、q轴开关函数，i_R为负载电流，下标d、q、dc和R均为区分作用，并非变量；

将式(4)代入式(6)，可得

假定输入电压为三相对称电压，稳态时，有eq＝0，i_q＝0，其中，e_d和e_q分别为三相PWM整流器在两相旋转坐标系中的电网电压，U_RMS为电网电压有效值，下标RMS为区分作用，并非变量；

由三相PWM整流器在同步旋转坐标系下的数学模型

可推导出：

其中，ω为电网电压的角频率，R和L分别表示PWM变换器的电阻和电感值；

将式(9)其代入式(7)中，可得：

稳态时，有即那么式(9)可改写为

即得同步旋转坐标系下的d轴电流参考值

(5)通过步骤(2)得到的两相静止坐标系下的电网电压u_gα、u_gβ、瞬时有功功率p与瞬时无功功率q和8种不同的电压矢量，计算出相应电压矢量作用下有功功率变化率和无功功率变化率；

8种不同的电压矢量表示两相静止α、β坐标系下变换器的输入电压；

(6)在不同扇区根据有功功率变化率和无功功率变化率，分别得出8种不同电压矢量中能同时使有功功率增加且无功功率增加、有功功率增加且无功功率减少的两个非零矢量，以及使有功功率减少且无功功率增加、有功功率减少且无功功率减少的一个非零矢量，为抵消零矢量对有功功率的影响再寻找另一非零电压矢量，即使有功功率减少且无功功率增加、有功功率减少且无功功率减少的两个非零矢量，再考虑零矢量的加入，即每个扇区可得到4组均包括两个非零矢量和一个零矢量的矢量组合，则电网电压在0°～360°区间内，可得出24组矢量组合；

(7)将步骤(2)得到的有功、无功功率的实际值和步骤(4)得到的有功功率参考值p^ref、无功功率参考值q^ref比较，得出有功功率实际值和无功功率实际值的变化趋势，上标ref为区分作用，并非变量；

(8)根据步骤(7)得到的有功、无功功率在不同扇区内受不同电压矢量作用时的变化趋势，建立改进矢量表；

(9)根据电网电压位置角所在扇区和有功、无功功率实际值的变化趋势，从步骤(8)中得到的改进矢量表中选择相应的电压矢量组，并根据该矢量组各个矢量对有功、无功功率的变化率和有功、无功功率的参考值与实际值的差值进行计算，得出相应矢量作用的时间t₀、t₁、t₂；

(10)将步骤(9)得到的控制矢量作用的时间t₀、t₁、t₂转换为控制功率器件的开关信号。