[发明专利]基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法

说明书

基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，先建立两相同步旋转坐标系下三相三开两电平整流器的数学模型；结合瞬时功率理论，并采用电压定向原则，建立旋转坐标系下整流器的功率模型；以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面，分析标准相平面内整流器交流侧电流降低和升高时，整流器自然轨迹的变化；以功率量为基础，利用边界控制条件来创造一种新型直接功率控制，首先以交流侧电流降低和升高时整流系统的自然轨迹为基础，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到直接功率边界控制方法。本发明针对实际应用中的载负突变问题，有效提高三相三开关两电平整流器直流侧的动态性能。

技术领域

本发明涉及三相三开两电平整流器控制技术领域，具体是一种基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法。

背景技术

近年来，由于经济的快速发展，对能源的需求也来越大，低碳节能成为了世界各国的共同要求，电能的绿色低碳发展对节能环保意义重大。因此，如何获取高质量的电能成为目前研究的焦点，为了解决谐波污染问题，将PWM技术引入到整流器中产生一种PWM整流器，其优点在于网侧电流正弦化、理论上可实现单位功率因数、网侧电流畸变率低等。目前三相PWM整流器网侧电流控制策略分为间接电流控制策略和直接电流控制策略，其中后者占据主导地位。滞环电流控制、前馈解耦PI控制、预测电流控制、直接功率控制等是目前常见的直接电流控制策略。

直接功率控制(DPC)是三相PWM整流器最有效的控制策略之一，与其他PWM整流器控制策略相比，直接功率控制(DPC)策略的优点如下：①单位功率因数运行；②动态响应很快；③结构简单明了。直接功率控制(DPC)策略的开关状态由开关表根据瞬时功率误差和输入电压矢量位置来选择，通过使用更新的开关表、自适应控制、模糊逻辑选择、滑模控制、占空比优化或预测方法来对直接功率控制进行改善，可以应对参数不确定问题，提高抗干扰能力等，然而这些方法对直流输出电压动态性能的改善是有限的。

边界控制是一种基于几何的控制方法，适用于具有开关动作的电力电子变换器，它在许多电力电子变换器中得到了应用。对于不同的开关面已经有了各种各样的研究，如一阶、二阶和高阶开关面，在这些开关面中，自然开关面具有良好的动态性能。然而，大部分文章只研究了单相电力电子变换器的边界控制方案，针对三相PWM整流器的边界控制，尤其是采用自然开关面的研究很少。

发明内容

为改善三相PWM整流器直流输出电压的动态性能，本发明提供一种基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，可以有效提高三相PWM整流器直流输出电压的动态性能。该控制方法以dq坐标系下的数学模型为基础，推导出d轴交流侧电流降低和升高时整流系统的自然轨迹；结合瞬时功率理论，得到以P、Q为变量的直接功率控制模型，对直接功率滞环比较器中输出S_q采用新的规则，并用已分析自然轨迹作为开关面，达到边界控制的效果。

本发明采取的技术方案为：

基于三相三开两电平整流器的直接功率边界控制方法，包括以下步骤：

步骤1：分析三相三开关两电平整流器的工作过程，运用坐标变换，建立同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型；

步骤2：结合瞬时功率理论，将同步旋转dq坐标系下整流器的数学模型，转换成dq坐标系下以P，Q为变量的功率模型；

步骤3：分析三相三开关两电平整流器的边界控制条件，即以直流侧电压作为相平面的横轴，交流侧电流作为相平面的纵轴，建立标准相平面；在标准相平面内，不同状态下整流器具有不同的自然轨迹，分析交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹；

步骤4：以功率量为基础，首先以交流侧电流降低和升高时整流器的自然轨迹，选择边界控制的自然开关面，然后使用这个自然开关面更新直接功率控制中功率滞环比较器输出的规则，最终得到基于三相三开关两电平整流器的直接功率边界控制方法。