[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

说明书

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，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。本发明在保证整流器高动态性能的情况下，对模型预测直接功率控制进行改进，采用滑模电压观测器取代传统方法的虚拟磁链估计模块，解决了传统的基于虚拟磁链定向的三相电压型PWM整流器直接功率控制方法由于网侧电压矢量的虚拟磁链观测器中的积分器初始值选取不当，而造成的整流器无法正常工作的问题。本发明易于实现，稳定性高，鲁棒性强，能够实时估计网侧电压并滤除其高次谐波保留基波分量，降低非理想电网条件下直流母线侧电压波动，既减小了直接功率控制中的脉振又提高了系统动态响应速度。

技术领域

本发明涉及电力电子技术整流器控制领域，更具体地，涉及一种基于滑模电压观测器的三相电压型PWM整流器无电压传感器模型预测直接功率控制方法。

背景技术

电能不论是从目前的技术发展趋势还是从现实需求以及已有的技术条件等现实情况来看，都将成为今后重要的终端能源替代品，通过提高电气化以及电能进行能源方式的替代已经成为目前推进终端能源替代的主要方向。在提高电能使用效率和改善电能质量上，电力电子技术有着无可替代的重要意义。

近年来，在电力电子变流系统中，三相PWM整流器具有能量双向流通、单位功率因数运行、输出电压和功率可控等优点，已在工业传动、风电系统、有源滤波等众多领域得到广泛应用。其中电压型PWM整流器因结构简单、电能损耗小、动态响应快，在PWM整流器研究领域处于主导地位。

由于功率控制无需坐标变换、空间矢量运算模块及电流调节等繁琐环节，算法简单且动态性能良好而更受到研究者青睐。在功率电力电子领域，由于模型预测控制具有设计简单、易于工程实现，尤其在处理复杂非线性系统约束型优化问题上的优势，已成为电力电子与电力传动应用中的一个重要分支，在整流器新型策略方面更是成为前沿研究方向。模型预测控制应用在PWM整流器上既减小了直接功率控制中的脉振又提高了系统动态响应速度，但是模型预测直接功率控制不可避免的受到网侧谐波对基波矢量相位角的检测影响及网侧电压对矢量定向控制性能的影响，而且控制动态响应慢、稳态功率脉振等问题，影响系统控制精度。并且众多的传感器带来了检测电路的复杂性和高成本，也导致了系统体积大，并降低了系统的运行可靠性。

为能够有效的提升系统中的抵抗噪声的效率，对于系统中出现的突发性意外情况给予一定的支撑，全面促进系统的性能与效率，无网侧电压传感器PWM整流器受到人们越来越多的关注。

目前传统的无电压传感器功率预测控制中对功率的计算一般采用纯积分虚拟磁链观测器和一阶低通滤波器串联，但虚拟磁链估计中存在直流偏置和初值等问题，容易导致输出饱和及积分漂移，影响功率计算准确性，同时一阶低通滤波器会在虚拟磁链估测中引入幅值和相位误差，易引起整流器瞬时功率和交流侧电流的波动，且当前控制策略大多在理想电网电压下进行，并不能抑制电网电压不平衡下产生的大量谐波电流，从而使系统有功功率大幅波动，严重时会引起系统性能急剧恶化。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于克服现有方法的不足，提供一种基于滑模电压观测器的三相电压型PWM整流器无电压传感器模型预测直接功率控制方法。

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。

进一步地，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。