[发明专利]基于虚拟磁链的三相Vienna整流器预测直接功率控制方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟磁链的三相Vienna整流器预测直接功率控制方法，首先建立Vienna整流器在两相静止坐标系下的数学模型，并采用交叉补偿磁链观测器估算电网电压值；然后根据无差拍预测基本原理推导预测直接功率模型，另外引入拉格朗日线性插值法对k+2时刻有功、无功功率的给定值进行估算；最后，利用空间矢量调制技术对整流器开关器件进行控制。该方法无需同步旋转坐标变换和锁相环技术，直接在两相静止坐标系下实现对整流器有功、无功功率的独立控制，即使在电网不平衡、畸变、谐波含量较大的情况下，依然能达到较好的控制效果。

技术领域

本发明属于整流器控制领域，具体涉及一种基于虚拟磁链的三相Vienna整流器预测直接 功率控制方法。

背景技术

三电平整流器因其功率开关器件电压应力仅为直流母线电压的一半而被广泛应用于各种 高电压和大功率器件中。但传统三电平整流器由12个半导体开关管组成，降低了变换器的功 率密度，且增大了器件成本。与传统三电平整流器相比，三相Vienna整流器可由3个半导体 开关管和18个低损耗碳化硅二极管组成。Vienna整流器具有开关器件电压应力低、较少的半 导体开关、网侧电流谐波含量低、可实现单位功率因数等优点而备受关注，近年来被广泛应 用于高压、高功率器件、电力电信系统、基于永磁同步电机的风力发电系统以及功率因数校 正系统中。随着Vienna整流器应用场合的多样化，对其静、动态性能要求越来越高，这就对 Vienna整流器控制策略提出了更高的要求。

目前，对于Vienna拓扑结构控制方法主要有滞环控制、基于SVPWM的PI控制、单周期 控制、滑膜变结构控制器等。滞环电流控制是一种典型的非线性控制方法，它通过实时比较 指令电流和检测电流得到电流误差，并将得到的电流误差信号送给预先设定环宽的滞环比较 器，通过与环宽值的比较得到变换器开关器件的控制脉冲信号，滞环电流控制器具备响应快 速、鲁棒性好、简单易行等优点，但它存在开关频率不固定、线路之间的电流相互影响、负 载变化影响开关频率等缺点。基于SVPWM的PI控制方法反应速度慢，存在超调等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，采用交叉补偿型磁链观测器，并结合无差拍预测直接功 率控制原理，提出了一种适用于三相Vienna整流器的改进预测直接功率控制策略。该方法无 需同步旋转坐标变换和锁相环技术，直接在两相静止坐标系下实现对整流器有功、无功功率 的独立控制，即使在电网不平衡、畸变、谐波含量较大的情况下，依然能达到较好的控制效 果。另外，引入拉格朗日线性插值法对k+2时刻有功、无功功率的给定值进行估算，有效消 除了因步长延时引起的功率误差。

本发明的技术方案是基于虚拟磁链的三相Vienna整流器预测直接功率控制方法，具体包 括以下步骤，

步骤1：基于基尔霍夫定律及坐标变换技术建立αβ坐标系下三相Vienna整流器的数学模型； 步骤2：通过电流表及电压表测量交流侧输入电流i_{x(x＝a、b、c)}、直流侧上下电容电压V_cp、V_cn以及 负载电压V_dc；并将所测得的abc坐标系下的交流侧电感电流经坐标变换得到αβ坐标系下的 电流i_α、i_β；

步骤3：采用交叉补偿磁链观测器，建立三相Vienna整流器在两相静止坐标系下的功率模型； 步骤4：在三相电路瞬时有功和无功功率原理的基础上，建立无差拍预测直接功率控制模型， 并结合拉格朗日线性插值法对第k+2时刻有功功率进行估算，给出αβ坐标系下控制电压矢 量的表达式；

步骤5：将直流侧上下电容电压差值V_cp-V_cn导入PI控制器中得到中位点平衡信号r，并将负载 电压V_dc(k)＝V_cp+V_cn导入到外环电压PI控制器得到有功功率给定值p_ref；