[发明专利]一种Vienna整流器模型预测虚拟磁链控制方法

说明书

本发明公开了一种Vienna整流器模型预测虚拟磁链控制方法，首先，采样直流侧上下电容电压，通过直流电压负反馈得到的直流电压增量经PI控制器后获得给定功率P^*；再获取k时刻三相输入电流i_abc与开关状态S_abc，通过虚拟磁链观测器获得当前时刻网侧电压虚拟磁链ψ_g，以及网侧电压相位角ωt；进而计算出线路虚拟磁链给定值ψ^*_s；然后，利用预测模型在线预测(k+1)时刻线路虚拟磁链ψ_s(k+1)；最后，通过最小化价值函数获得最优电压矢量控制开关桥，以控制线路虚拟磁链跟踪其给定值，获得期望的控制效果。本方法有效消除整流器交流侧电压传感器，降低系统成本的同时大大提高系统对网侧电压扰动的抗干扰性。

技术领域

本发明涉及一种Vienna整流器模型预测虚拟磁链控制方法，属于电力电子领域。

背景技术

Vienna整流器是一种三电平整流器，具有可靠性高，功率密度高，成本低等优点，因此在电动汽车充电桩、风力发电、航空直流供电系统等大功率场合得到越来越广泛的应用。目前，Vienna整流器的控制方法的研究主要集中在矢量控制(Vector control，VC)与模型预测控制(Model predictive control，MPC)。矢量控制主要思想是利用坐标变换将输入电流变换至dq坐标系进行解耦控制，通常具有较好的稳态性能，然而其控制效果严重依赖PI控制器参数的整定，因此动态性能较差，同时又需要加入额外的中点电位控制环以控制器中点电位。

针对Vienna整流器的MPC方法主要集中于模型预测电流控制(Model predictivecurrent control，MPCC)，该方法以输入电流为控制目标进行优化控制。然而由于需要使用网侧电压相关信息，MPCC控制效果与网侧电压质量直接相关，因此抗干扰性能较差，在网侧电压畸变或者有扰动的情况下难以达到控制要求。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提出一种Vienna整流器模型预测虚拟磁链控制方法，除了实现整流器单位功率运行，低输入电流谐波及直流输出电压稳定等常规要求，还可实现在网侧电压畸变等情况下Vienna整流器的有效控制，并且有效消除了网侧电压传感器。

技术方案：一种Vienna整流器模型预测虚拟磁链控制方法，包括如下步骤：

步骤1：在每一个控制周期中，采样上下电容电压，利用电压PI控制器实时计算整流器输入功率参考值P^*；

步骤2：采样当前时刻三相输入电流i_abc与开关状态S_abc并结合直流侧电压u_dc，利用虚拟磁链观测器获得当前时刻网侧电压虚拟磁链ψ_g与网侧电压相位角ωt；

步骤3：根据获得的当前时刻网侧电压虚拟磁链ψ_g与网侧电压相位角ωt及输入功率参考值P^*，利用线路虚拟磁链计算模块计算出线路虚拟磁链给定值ψ^*_s，；

步骤4：通过比较上下电容电压大小，利用冗余短矢量预判模块对冗余短矢量进行预先选择，以抑制中点电位波动；

步骤5：利用预测模型，在线预测下一时刻线路虚拟磁链ψ_sd(k+1)；

步骤6：根据整流器控制目标构建价值函数g：

式中，和为线路虚拟磁链给定值ψ^*_s在dq坐标系下的分量；ψ_sd(k+1)和ψ_sq(k+1)为下一时刻线路虚拟磁链ψ_s(k+1)在dq坐标系下的分量；