[发明专利]一种三相电压型PWM整流器无电压传感器功率预测控制方法

权利要求书

1.一种三相电压型PWM整流器无电压传感器功率预测控制方法，其特征在于，采用滑模电压观测器取代传统方法的虚拟磁链估计模块，能够在无网侧电压传感器或者网侧电压传感器发生故障的情况下通过对网侧电压的实时估计实现功率的预测控制；

根据瞬时功率理论得到功率预测控制的瞬时功率表达式为：

其中，i_αβ(k+1)为k+1时刻的网侧电流预测值，u_αβ(k+1)为k+1时刻的电压估计值；

所述k+1时刻的网侧电流预测值i_α(k+1)、i_β(k+1)的获取过程为：首先通过电流传感器可得到k时刻的三相电流，经过Clarke坐标变换后得到两相电流i_α(k)、i_β(k)，然后在整流侧引入模型预测控制，根据三相电压型PWM整流器主电路结构，由KVL定律得到三相VSR等效回路方程为：

其中u_α、u_β为电网电动势矢量；i_α、i_β为整流器交流侧电流矢量；u_gα、u_gβ为整流器输入电压矢量；L_S为网侧滤波电抗的电感值；R_S为桥路总阻抗；

将上式离散化，可得在k+1时刻的电流预测表达式为：

其中T_S为采样周期；

所述滑模电压观测器的设计包括：开关函数的选择与滑模电压观测器模型的构建；滑模电压观测器通过网侧电流i_α(k)、i_β(k)、直流侧电压u_dc和整流器开关信号S_a、S_b、S_c估计出网侧电压；

所述开关函数的选择如下所示：

根据边界层连续控制的层面，采用Sigmoid开关切换函数代替传统的符号函数，削弱系统的高频抖振，所述的Sigmoid开关切换函数表示为：

其中，χ为一个正常数，用来调节Sigmoid函数的斜率，S函数为Sigmoid开关切换函数，网侧输入电流估算的误差定义为：及i_α、i_β为网侧入电流的测量值，为网侧输入电流的估计值；

所述滑模电压观测器模型的构建如下所示：

根据三相VSR等效回路方程，则网侧输入电流的估计值可由以下公式得到为：

根据滑模变结构控制基本理论得到非线性系统中滑模变结构控制的数学描述为：

其中，x是状态变量，u(x,t)为控制函数，S(x,t)是切换函数，u⁺(x,t)、u^-(x,t)、S(x,t)为连续函数；

根据三相VSR等效回路方程和滑模变结构控制的基本理论，可得动态误差方程为：

其中，K为滑模增益系数，S函数为Sigmoid开关切换函数；

根据滑模变结构原理，当系统到达滑模面且在滑模面上运行时，满足：

当增益K满足系统的可达性条件时，系统将在有限时间内进入滑动模态，则电网电压估计可以表示成：

根据李雅普洛夫稳定性原理，构造李雅普洛夫函数证明K值足够小于负的最小值即可确保滑模观测器收敛，与等效电阻和电感值无关；

k+1时刻的网侧电压为ω为电网电压角频率，如果T_S足够小至忽略则有u_αβ(k+1)≈u_αβ(k)；

所述功率预测控制中，功率计算模块的有功功率p和无功功率q具体控制如下：