[发明专利]基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法

摘要

本发明公布了基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法，属于电力电子变流技术、智能控制领域。该发明的控制方法主要由电压外环、模型预测控制、三角波比较控制组成；其中电压外环为PI环节，模型预测控制为电流内环控制，控制方法简单，利用三角波比较控制与模型预测控制各自的优点在开关频率较低时实现输入功率因数为1的定频控制、交流侧输入电流低谐波。

主权项

1.基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法，其特征在于包括如下步骤：(S1)利用锁相电路得到电网A相电压(ea)的过零点，DSP根据电网A相电压(ea)的过零点实时计算电网周期，并以此更改控制周期，同时根据电网A相电压(ea)的过零点计算电网三相输入的电压值(ea、eb、ec)，并转换为数字信号；(S2)利用电流霍尔传感器分别采样三相电抗器的输入电流值(ia、ib、ic)，采用电阻分压法采样三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的直流电压值(Vdc)，并转换为数字信号；(S3)完成步骤(S1)和(S2)后，将指令直流电压值(Vdc_ref)与输出直流电压值(Vdc)的差进行PI控制，PI控制输出得到参考电流的幅值(I*),参考电流幅值(I*)和电网电压相位信息的cos(wt)相乘得到参考电流i^*_α，参考电流幅值(I*)和电网电压相位信息的sin(wt)相乘得到参考电流i^*_β；(S4)把三相电压型PWM整流器的数学模型从三相abc静止坐标系变换到两相αβ静止坐标系，并根据电压外环控制得到的参考电流、三相交流侧电流、三相交流侧电压进行模型预测控制，具体如下：A)假设交流侧电抗为L，线路及电抗等效电阻为R，ABC三相参数均相等，两相静止坐标系下开关函数定义为Sα和Sβ，设系统采样中周期为Ts；根据基尔霍夫电压定律得到交流侧电流关系如式(1)：其中i_α和i_β为三相电抗器的输入电流值(ia、ib、ic)变换到两相αβ静止坐标系的值；e_α和e_β为电网三相输入的电压值(ea、eb、ec)变换到两相αβ静止坐标系的值；Vdc为三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的直流电压值；将式(1)离散化得到k+1采样时刻的电流表达式(2)：其中i_α(k)和i_β(k)为k采样时刻两相αβ静止坐标系下三相电抗器的输入电流测量值；i_α(k+1)和i_β(k+1)为k+1采样时刻两相αβ静止坐标系下三相电抗器的预测电流值；B)为使得k+1时刻预测电流很好的跟踪参考电流i^*_α和i^*_β，定义目标函数如(3)：J＝(i_α(k+1)‑i^*_α)²+(i_β(k+1)‑i^*_β)²   (3)C)当目标函数J最小时，电流跟踪效果最好，求得偏微分和并令其等于零：其中V_α＝S_α*V_dc，V_β＝S_β*V_dc，V_α和V_β为两相αβ静止坐标系下整流桥交流侧电压；通过式(4)得到整流桥交流侧电压Vα和Vβ为(5)：(S5)根据模型预测控制得到整流桥交流侧电压Vα和Vβ，并转化到三相abc静止坐标系下得到Va、Vb、Vc，将Va、Vb、Vc分别除以指令直流电压值Vdc_ref然后经过PI调节并限幅，输出与三角波进行比较，最后输出6路驱动信号，其中三角波幅值与PI限幅一致；在步骤(S2)中，所述的输出直流电压(Vdc)采样采用电阻分压，并利用HCPL‑7840隔离，再经过运放调理使采样电压适应DSP采样端口的电压范围；在步骤(S3)中，将指令直流电压值(Vdc_ref)与输出直流电压值(Vdc)的差进行PI控制，PI控制输出得到参考电流的幅值(I*),参考电流幅值(I*)和cos(wt)相乘得到参考电流i^*_α，参考电流幅值(I*)和sin(wt)相乘得到参考电流i^*_β；在步骤(S5)中，是将模型预测的输出进行三角波比较控制，无需调制器，开关频率与三角波频率相同，可以通过调节三角波频率来调节开关频率实现定频，从而得到三相驱动信号；其中当三角波比较控制时，输入值大于三角波时相应半桥的上桥臂的驱动信号为1，下桥臂的驱动信号为0；当输入值小于三角波时相应半桥的上桥臂的驱动信号为0，下桥臂的驱动信号为1。