[发明专利]一种单相脉冲整流器低开关频率模型预测功率控制算法

摘要

本发明公开了一种单相脉冲整流器低开关频率模型预测功率控制算法，在低开关频率下，通过模型预测功率算法计算出有功功率和无功功率的功率预测值，进而计算使得评价函数最小的最优控制量在旋转坐标系下的分量，再通过伏秒平衡补偿算法求得经过伏秒补偿后的调制波，最后结合脉宽调制策略生成开关控制信号，完成单相脉冲整流器的控制。本发明提高了单相脉冲整流器模型预测功率控制算法的控制精度，无须反复计算评价函数，降低了算法的复杂度，提高了控制和采样频率，具有良好的动态和稳态性能；算法灵活度高，可采用不同的调制策略与控制算法配合，满足不同应用场合的需求。

主权项

1.一种单相脉冲整流器低开关频率模型预测功率控制算法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1：通过式(1)估算有功功率和无功功率在下一占空比更新周期的瞬时值：其中，Ts为开关周期，n表示半开关周期(Ts/2)的个数，ω为电网电压角频率，uabd和uabq分别表示整流器输入电压在d‑q同步旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量；um表示网侧电压幅值，L为网侧电感值；A1和A2为初始参数，由第n个半开关周期起始时刻有功功率P和无功功率Q的瞬时值决定，其表示为其中，Tc表示控制周期，k表示最接近第n个半开关周期的控制周期数；步骤2：定义评价函数J为：J＝{Pref[(n+1)Ts/2]‑P[(n+1)Ts/2]}2+{Qref[(n+1)Ts/2]‑Q[(n+1)Ts/2]}2      (3)其中，Pref[(n+1)Ts/2]和Qref[(n+1)Ts/2]分别为在第n+1个半开关周期内的参考有功和无功功率的给定值；P[(n+1)Ts/2]和Q[(n+1)Ts/2]为在第n+1个半开关周期内的有功功率和无功功率的预测值，这些功率预测值由式(1)求解得到；步骤3：为使得评价函数J最小，则uabd和uab q满足式(4)：将式(1)和式(3)代入式(4)，得到使得评价函数J最小的最优控制量uabα在旋转坐标系下的分量uabd与uabq的计算式为：其中：uabd(nTs/2)和uabq(nTs/2)表示下半个开关周期内调制波在dq同步旋转坐标系下所采用的最优控制分量；Tc代表控制周期，其靠近于第n个半开关周期；步骤4：通过旋转坐标变换，将最优的控制量uabd及uabq转换为αβ静止坐标系下的α轴分量，经过如式(6)实现低开关频率下的伏秒平衡补偿：其中，uabα*为经过伏秒平衡补偿后的调制波；步骤5：对调制波进行调制，将uabα*转换为最优控制脉冲对整流器进行控制。