[发明专利]基于简化模型预测控制的三相PWM整流器容错运行方法

权利要求书

1.一种基于简化模型预测控制的三相PWM整流器容错运行方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：电网系统正常运行时采用三相简化模型预测控制策略提供稳定的直流电压；

步骤2：对短路故障进行判别：采集功率开关管的瞬时电流值，时刻监测通过每个开关管的电流，当电流大于整定值I_set时，发出故障相信息并转至步骤4；若电流不大于I_set则不做动作；

步骤3：对复合开路进行监测，通过输入相电流和电流相角进行开路故障的判定和故障相定位；

步骤4：根据步骤2和步骤3所发出的故障相信息进行判别，若发生不同相的多管同时故障，则驱动电路对所有开关管输出低电平信号，并跳开输入断路器；若发生单相故障则转至步骤5；

步骤5：根据步骤2和步骤3所判定出的故障相，对故障相的桥臂上下开关管输出低电平信号，并断开该桥臂所连的输入分相断路器，并转至步骤6；

步骤6：故障运行时采用单相简化模型预测控制策略保证供电质量和可靠性；

步骤7：对故障点及时维修，使继电器复归，回到步骤1。

2.根据权利要求1所述的基于简化模型预测控制的三相PWM整流器容错运行方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：

步骤1.1：分别测量直流侧电压、网侧电压以及网侧电流；

步骤1.2：通过电压外环计算交流侧参考电流i^*(k+1)；

步骤1.3：通过下式计算整流器输出电压参考值v^*(k)：

其中i(k)表示k时刻电流的采样值，e(k)表示k时刻交流电压的采样值，i^*(k+1)表示k+1时刻的交流侧参考电流，v^*(k)表示k时刻的整流器输出电压参考值，R、L分别为三相整流器输出侧的电阻和电感，T_s为单个控制周期的时间；

步骤1.4：判断v^*(k)所在扇区的区域，选择此扇区所对应的矢量为备选非零矢量v'(k)；

步骤1.5：计算参考电压矢量v^*(k)与备选非零矢量v'(k)之差△V＝v^*(k)-v'(k)；

步骤1.6：比较|v^*(k)|与|△V|的大小，从备选非零矢量和零矢量中选出最优电压矢量；

步骤1.7：按照开关次数最少的原则将最优开关状态作用于整流器。

3.根据权利要求1所述的基于简化模型预测控制的三相PWM整流器容错运行方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：

步骤3.1：在一个周期内相电流平均值大于整定值k_oI_MAX作为开路故障的启动信号，若在第k个控制周期内，则转至步骤3.2，否则不动作；其中T为工频周期时间，I_m为输入相电流的幅值，I_MAX为当前周期内电流瞬时最大值，ω为正弦量的旋转角速度、t为时间，k_o为启动系数，k_o∈[0,1]；

步骤3.2：接收到故障信号，计算一个基频周期内的相角变化率△θ，如下式所示：

若△θk_set△θ_n，则根据△θ出现的相位区间对发生开路故障的所在相进行定位并转至步骤4，否则不动作；其中△θ_n为理想情况下的电流相位变化率，k_set为故障时相角变化率的整定值且k_set∈[0,1]，i_α、i_β为网侧电流i(k)在αβ坐标系下的分量。

4.根据权利要求1所述的基于简化模型预测控制的三相PWM整流器容错运行方法，其特征在于，所述步骤6的具体步骤为：

步骤6.1：通过采样得到当前k时刻的网侧交流电压采样值e(k)、网侧电流采样值i(k)、直流电压V_dc；

步骤6.2：由电压外环PI控制得到参考电流；

步骤6.3：将参考电流代入预测模型，得到缺相运行下的参考电压矢量；

其中i^*(k+1)表示k+1时刻的交流侧参考电流，R、L分别为三相整流器输出侧的电阻和电感，T_s为单个控制周期的时间；

步骤6.4：在α-β坐标系下根据参考电压矢量所在的位置，选择设定最优电压矢量V₀～V₃；若V^*(k)位于零矢量区域外的左半平面则最优矢量为V₂，若V^*(k)位于零矢量区域外的右半平面则最优矢量为V₁，若V^*(k)位于零矢量区域内的左半平面则最优矢量为V₀，若V^*(k)位于零矢量区域内的右半平面则最优矢量为V₃；

步骤6.5：输出最优电压矢量，根据每个电压矢量所对应的开关管的开关状态作用于整流器。