[发明专利]基于重复预测电流控制的单相三电平整流器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于重复预测电流控制的单相三电平整流器控制方法，包括：S1：采用基尔霍夫电压定律和电流定律对开关等效电路图进行分析，从而建立单相三电平整流器数学模型；S2：在电流内环采用无差拍控制构成无差拍电流内环，以系统采样周期对单相三电平整流器数学模型中的交流电流状态方程进行离散化获得无差拍离散数学模型；S3：通过改进重复控制内模推导出电流内环传递函数，通过加入权重因子对电流内环传递函数进行改进获得改进重复控制策略；S4:将改进重复控制策略嵌入S2中的无差拍电流内环中构成完整的重复预测控制策略，从而实现对传统单相三电平整流器控制策略的优化。

技术领域

本发明涉及单相三电平整流器电流内环控制技术领域，尤其涉及一种基于重复预测电流控制的单相三电平整流器控制方法。

背景技术

三电平整流器因其开关器件承受电压应力低、输出电压谐波小、等效开关频率高等优点，更能适应大功率应用场合，目前单相三电平整流器已广泛应用于我国动车组中。但由于单相整流器的结构特性导致直流侧电压中含有二倍电网频率的纹波，且大功率工况下常采用较低的开关频率，致使网侧电流的谐波很大，降低了牵引变流器的性能。因此单相三电平整流器大多采用基于直流电压外环、交流电流内环的双闭环控制结构。目前电流内环多采用直接电流控制、间接电流控制、dq旋转坐标系电流解耦控制等控制策略。

瞬态电流控制是一种典型的直接电流控制技术，本质上是一种双闭环控制和前馈控制相结合的控制技术，外环采用常规PI控制，并将负载电流作为前馈控制，有效减轻了外环PI控制器的负担，使控制系统对负载的变化迅速做出响应。内环常采用比例控制器，并将稳态分量u_s-u_L-u_R作为前馈扰动信号。预测电流控制则是另一种常见的内环控制技术，其本质则是一种无差拍预测电流控制技术，与瞬态电流控制相比，实际上是将内环比例系数设定为L/T_s的一种变形。传统的电流内环常采用P或PI控制，文献1将则采用了准PR控制作为内环控制器，有效削弱了网侧电流的低次谐波。文献2则是将内环比例谐振控制器进行了多重化设计，在电流控制器中加入了3、5、7次谐波的谐振项，构成了多重化准比例谐振控制器。文献3为抑制网侧电流中的3、5、7等奇次谐波，采用了奇次重复信号发生器取代了原有的重复控制器内模，对低次谐波产生了一定的抑制作用。

传统的双闭环比例控制对网侧谐波抑制能力较低、系统鲁棒性差，在开关频率较低的大功率牵引工况中表现并不理想。由于单相整流器的结构特性，其直流侧电压本身就存在二倍电网频率的纹波，如若不能抑制网侧电流的谐波，则会进一步加大直流侧电压的脉动。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于重复预测电流控制的单相三电平整流器控制方法，具体包括如下步骤：

S1：定义理想开关函数，将单相三电平整流器电路等效为开关等效电路图，采用基尔霍夫电压定律和电流定律对开关等效电路图进行分析，从而建立单相三电平整流器数学模型；

S2：搭建电压电流双闭环控制系统，在电压外环采用常规PI控制，在电流内环采用无差拍控制构成无差拍电流内环，以系统采样周期对单相三电平整流器数学模型中的交流电流状态方程进行离散化获得无差拍离散数学模型；

S3：在传统双闭环控制系统的基础上，在电流内环加入重复控制策略，通过改进重复控制内模推导出电流内环传递函数，通过加入权重因子对电流内环传递函数进行改进获得改进重复控制策略；

S4:将改进重复控制策略嵌入S2中的无差拍电流内环中构成完整的重复预测控制策略，从而实现对传统单相三电平整流器控制策略的优化。

进一步的，对建立的单相三电平整流器数学模型的交流电流状态方程以系统采样周期T_s进行离散得到无差拍离散数学模型如下

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