[发明专利]基于虚拟磁链的模型预测功率控制方法

权利要求书

1.一种基于虚拟磁链的模型预测功率控制方法，包括：用CDSC滤除掉变换器侧电压矢量v中的谐波；进入SOGI-QSG模块；进行磁链计算；以及进行延时补偿和功率预测；

其中，电网电压和交流侧阻抗被认为虚拟交流电机的相关物理量，R和L分别代表虚拟交流电机的定子电阻和漏感，电网电压由虚拟磁通感应产生，忽略掉等效电阻，PWM整流器的在两相静止坐标系的数学模型为

对(1-1)进行积分得到

定义Ψ_e＝∫edt和Ψv＝∫vdt，则(1-2)可以表示为

Ψ_e＝Li+Ψ_V (1-3)

积分传递函数为

纯积分有直流偏置问题，这将导致估计的磁链圆偏离中心，用低通滤波器代替纯积分环节，消除直流偏置，低通滤波器传递函数为

其中ω_c为截止频率，低通滤波器并不能等效纯积分，它导致输入信号的延迟和幅值衰减，因此需要进行幅值和相角补偿，令补偿环节为G_Lc(s)，根据等效原理得到

G(s)＝G_Lc(s)G_LPF(s) (1-6)

则求得补偿环节G_Lc(s)为

将s＝-jω_g代入(1-7)可以求出负序基波电压的补偿表达式为

将平衡和不平衡下的补偿值整理

其中|e_n|为负序电压的幅值；

级联型二阶低通滤波器即四个低通滤波器串联，其表达式为

级联型二阶低通滤波器跟纯积分环节并不等效，也需要进行幅值和相角补偿，其补偿表达式为

将s＝jω_g代入(1-13)求得

将s＝-jω_g代入(1-14)可以求出负序基波电压的补偿表达式为

整理(1-14)和(1-15)得到级联型二阶低通滤波器的补偿值

2.根据权利要求1所述的基于虚拟磁链的模型预测功率控制方法，还包括：提出基于二阶广义积分器的虚拟磁链，其传递函数如下

其中阻尼比k等于其中qv'为v'的积分ω倍，即

qv′＝ω∫v′dt＝ωΨ_v (1-20)

qv'为v'的磁链与ω的乘积，而v经过滤波得到的v'，v和v'在基波上是完全相等的；同理，v'也看成磁链；

变换器侧电压矢量经过二阶广义积分器正交信号发生器得到其磁链Ψ_v和-Ψ′_v，在不平衡电网下，磁链有正负序之分，变换器侧电压的磁链及其延时信号表示为

Ψ_v＝Ψ_pv+Ψ_nv (1-21)

Ψ_v′＝-jΨ_pv+jΨ_nv (1-22)

同理得到电压及其延时电压表达式

e＝e_p+e_n (1-23)

e′＝-je_p+je_n (1-24)

对(1-23)和(1-24)求导得到

对电网电压积分得到其磁链，进行逆运算，对磁链求导得到电网电压，因此得到电压和电压延时信号的磁链表达式

将(1-27)和(1-28)代入瞬时功率理论表达式得到功率和磁链的关系表达式

将(1-27)代入得到电流微分和磁链的关系

将(1-31)写成分量表达式

对(1-29)和(1-30)求导

将(1-28)和(1-32)代入(1-33)和(1-34)整理得到

将(1-35)和(1-36)分别离散化得到

将(1-28)代入新型瞬时无功理论得到

对(1-39)求导得到

将(1-32)和(1-27)代入(1-40)整理得到

将(1-41)离散化得到

当采用新型功率定义时，(1-37)可整理为

定义目标函数为

利用PWM整流器和二极管模式下的整流器之间的相似性来估计电网电压，计算电网电压磁链Ψ_e时需要对变换器侧电压v进行积分，在二极管模式下的整流器没有作用电压矢量，通过判断此时电流方向，得到虚拟的电压矢量v_n。