[发明专利]一种单相PWM整流器的改进无差拍控制方法

说明书

本发明公开了一种单相PWM整流器的改进无差拍控制方法，所述方法包括以下步骤：获取无差拍电流预测控制中电流环的表达式，通过二阶广义积分器跟随电网侧输入电压信号，获取两相静止坐标系下正交的电压信号，以此预测k+1时刻的交流侧电压；在电流环中引入补偿参数，在两相旋转坐标系下，虚轴电流iq的值为参考，调节补偿参数为最优值，提高功率因数接近于1，同时减小预测误差，降低电流THD；在电压环中，通过分析并引入自抗扰控制器，以提高对负载突变的动态性能。

技术领域

本发明涉及电力电子技术的控制领域，尤其涉及一种单相PWM(脉冲宽度调制)整流器的改进无差拍控制方法。

背景技术

近年来，随着化石燃料减少等能源危机的出现和大气污染等环境问题的加剧，应用新能源的分布式发电(DG)得到了越来越多的应用。其中，小容量分布式电源构成的微网由于其能源利用率高、安装方便灵活等优势获得了更多的关注。其中，单相PWM整流器由于其高效率、小体积、低成本和高可靠性受到了广泛的应用，如在光伏储能系统、不间断电源系统、风力发电及电动汽车充电中。单相PWM整流器相比于不控整流和相控整流，能实现输入电流跟随输入电压正弦变化，即在减小电流谐波的同时，可实现功率因数接近于1，同时能实现能量的双向流动。

单相PWM整流的控制目标为实现功率因数接近于1的同时，使输入电流正弦变化，同时一般需实现直流侧输出电压稳定为给定值。但由于控制方法及硬件方面的限制，输入侧功率因数一般小于1，且输入电流中会含有谐波分量。其中，单相PWM整流输入电流的谐波主要来源于三方面：电压谐波、直流电压的二次脉动和预测控制误差。

目前，单相PWM整流的控制方法包括：电流控制和功率控制。其中，电流控制主要包括：滞环开关表控制、空间矢量控制、无差拍电流控制、模型预测电流控制等；功率控制包括如：瞬时功率控制、模型预测功率控制等。

其中，无差拍电流控制方法由电路公式推导得到，运算方法简易，动态响应快速，跟踪性能较好。但其控制效果对电路参数敏感，且易受控制延时的影响，进而使输入电流中的谐波分量增加并使交流侧功率因数降低。现有技术在预测电流控制中，通过预测k+2时刻电流以补偿控制延时的影响，并分析了电感参数实际值和计算值的误差对系统无功功率的影响，但尚需解决电感参数误差影响的方法；另有方法提出一种在线的输入侧电感计算方法，提高了系统鲁棒性，减小了控制误差，但算法中并未考虑控制延时的影响；另外，可引入一种在线的输入侧电感、电阻值计算方法，其在预测功率控制中通过预测k+2时刻电流计算对应有功功率、无功功率，但这种算法中通过价值函数判断直接输出开关矢量而非通过脉宽调制；还有一种改进的无差拍电流预测控制，通过电感参数修正，使控制效果更准确，并减小了电流纹波，但理论上电感参数修正不能不完全补偿控制延时，且无差拍控制电流环中电感参数较大会导致输入电流中谐波分量增加。同时传统无差拍控制电压外环一般使用比例积分(PI)控制器，由于单相整流直流侧存在二次脉动，PI控制器设计时带宽较低，因而其在负载突变下的动态响应速度较慢。

因此，为了尽可能减小电感参数和控制延时对系统控制带来的影响，并提高无差拍控制的动态响应能力，需要提出一种新的无差拍电流预测控制从而做出改进，使其适用于直流微网中。

发明内容

本发明提供了一种单相PWM整流器的改进无差拍控制方法，本发明在电流环中通过设置预测电压和补偿参数，较传统方法提高了交流侧功率因数并减小电流中的谐波含量；通过在电压环中应用自抗扰控制器，较传统控制方法，提高了系统的动态响应速度，详见下文描述：

一种单相PWM整流器的改进无差拍控制方法，所述方法包括以下步骤：

获取无差拍电流预测控制中电流环的表达式，通过二阶广义积分器跟随电网侧输入电压信号，获取两相静止坐标系下正交的电压信号，以此预测k+1时刻的交流侧电压；

在电流环中引入补偿参数，在两相旋转坐标系下，虚轴电流iq的值为参考，调节补偿参数为最优值，提高功率因数接近于1，同时减小预测误差，降低电流THD；