[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

说明书

本发明提供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，涉及高功率电力电子技术领域，本发明正常工况和故障状况下分别采用三相、单相简化模型预测控制策略，通过对传统模型预测算法的迭代寻优方式进行简化，将原来的8次和4次寻优减小至1次，大大减轻了处理器的计算负担，提高了算法的简洁度，增强了控制系统的可靠性和稳定性，适应未来PWM整流器高频化的发展。简化模型预测控制的高动态响应，使网侧电流能快速跟踪参考值且无超调，短路电路可以按最大负载电流进行整定，大大提高了保护的灵敏度，具有实际意义。

技术领域

本发明涉及高功率电力电子技术领域，尤其涉及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。

背景技术

三相脉宽调制(PWM)整流器因其具备网侧单位功率因数，能量双向流动，低谐波含量、稳定的直流侧输出电压等特点，并随着绿色电网要求的不断提高，三相电压型PWM整流器被广泛应用于工业、动力、新能源领域作为用电侧与电网之间的功率变换装置。

国内外研究人员围绕其高效运行，已展开许多控制策略的研究。在PWM整流器的控制策略种，模型预测是一种新型的控制算法。利用整流器所能产生的多个电压矢量，然后通过整流器准确的离散数学模型来预测系统未来的状态量，将预测的状态量代入已知的评价函数，采用枚举法选出最优的电压矢量。模型预测具有原理简单、动态响应迅速、易于实现等特点。但是枚举法会给处理器带来很高的计算负担，通过简化模型预测控制，可以在保持原有控制性能的前提下，提高适量选择速度，减小DSP处理器的计算负担，有利于系统高频化。

三相PWM整流器在绝大部分场合中作为系统的唯一的供电方式，其供电可靠性尤为重要。但由于电力电子设备的复杂性，故障发生在所难免。因此PWM整流器的运行状态监测、故障信息判别、及时处理故障和容错控制可以保证生产生活的正常、稳定运行，对提高系统供电可靠性和安全性具有重要的意义。

相关文献显示38％的故障为功率开关管开路和短路故障，而短路故障中大多数情况是一个功率管被击穿从而导致所在桥臂短路过流。三相电压型PWM整流器是非线性时变系统，精准数学模型难以建立，因此目前多采用的是基于数据驱动的故障诊断方法。因此关键是保证系统性能的前提下，通过采集故障信息，准确、可靠地实现故障诊断。

发明内容

针对上述模型预测控制计算量大和故障状态下的供电可靠性的问题，本发明提供了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。

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，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，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ΔV＝v^*(k)-v'(k)；