[发明专利]一种双PWM变频系统的模型预测功率动态补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种双PWM变频系统的模型预测功率动态补偿控制方法，包括：在整流‑逆变双侧采用模型预测控制，利用当前时刻输入电压矢量和输入电流矢量计算下一时刻功率预测值；结合滚动优化下的预测电流和ESO优化估计原理，通过滚动预测k+2时刻的电流值，得到k+2时刻母线电压的预测值；在母线电压跟踪估计的基础上，根据双侧瞬时能量平衡原理，建立能量流动平衡方程，计算整流侧超前预测的功率补偿量，进行前馈修正。本发明能够抑制负载突变及系统扰动所导致的母线电压波动问题，实现双侧控制性能的协调提升。

技术领域

本发明涉及整流器控制技术领域，特别涉及一种用于AC-DC-AC双PWM变频系统的模型预测功率动态补偿控制方法。

背景技术

在电力电子传动、新能源发电等领域的变频系统中，AC-DC-AC结构整流器相比于早期的AC-AC结构，具有结构简单、能量可以双向流动、双侧功率因数可调等优点，并且解决了AC-AC结构只能工作在电源频率以下的问题，获得了更为广泛的应用。随着自动控制的发展，多种基于双PWM的变频控制方案被相继提出。其中模型预测直接功率控制是一种基于功率预测、滚动优化和最优电压矢量选择的控制策略。因其具有响应速度快、便于数字化、动态性能较好等优点，被广泛应用于双PWM变频系统，以提高双侧控制效果。

在模型预测控制器的设计中，均采用PWM整流器平衡状态下的数学关系对系统有功功率、无功功率进行控制，并且电压外环一般采用PI控制对母线电压做反馈校正，其参数基于稳态运行设计。但实际上，对母线能量的补充是一个动态过程，母线电压的波动也是由于能量动态补充不平衡所引起的。因此，采用系统静态平衡状态下的数学关系设计的控制器与系统实际情况是有一定误差的，当负载发生突变或整流、逆变器参数发生变化时，对于母线电压的控制存在一定的滞后性。在双PWM系统的模型预测直接功率控制中，母线电压的稳定会直接影响到逆变侧工作状态与系统的鲁棒性。而现有的改进方法如自适应控制等，均着眼于提高整流器动态响应速度，来减小母线电压波动，并不能从根本上解决电压波动问题。

为此，如何进一步研究设计一种能够快速响应电压指令、减小控制系统延迟与母线电压波动的双PWM变频系统模型预测控制方法是我们目前急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双PWM变频系统的模型预测功率动态补偿控制方法，对传统AC-DC-AC变换器的预测控制进行优化，运用电压预测与反馈控制相结合的方式，对整流侧有功功率设定值进行超前预测补偿，抑制负载突变及系统扰动所导致的母线电压波动，实现整流逆变双侧控制性能的协调提高。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

一种双PWM变频系统的模型预测功率动态补偿控制方法，包括以下步骤：

对双PWM整流-逆变系统的网侧电压、电流进行派克变换，通过离散时间模型对k+1时刻预测电流进行计算，在k+1时刻电流基础上对k+2时刻电流进行预测，并持续滚动优化；

构造优化的电压扩张状态观测器ESO，结合滚动优化下的预测电流和ESO优化估计原理，通过滚动预测k+2时刻的电流值，得到k+2时刻母线电压的预测值；

在母线电压跟踪估计的基础上，根据双侧瞬时能量平衡原理，建立能量流动平衡方程，预测k+1时刻参考功率值p(k+1)；

采用PI控制与预测补偿控制相结合的方法进行电压调节，由预测的参考功率值p(k+1)与当前时刻的瞬时功率p(k)之差得到整流侧超前预测的功率补偿量Δp，并进行前馈修正；

根据模型预测控制的最小代价函数选择开关管最优电压矢量，确定合适的开关状态，以跟踪修正后的参考功率值。

优选地，所述双PWM整流-逆变系统的主电路包括电网电压、网侧电感及电阻、有源前端整流器、母线电容、逆变器和负载；