专利名称：不平衡电压下三相pwm整流器的模型预测控制方法
技术领域：
本发明涉及电压型PWM整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别涉及一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法。
背景技术：
随着微处理器技术的快速发展和相关研究的深入，模型预测控制在电力电子及电机驱动的应用中体现出巨大的优势。模型预测控制是一种基于数学模型来预测控制对象未来响应的控制算法。算法中包含一个根据控制目标进行定义的价值函数。通过最小化价值函数，算法在每个采样周期预测得到最佳电压矢量作为下一周期的作用矢量，算法在每个采样周期循环一次。基于模型预测控制的功率变换器全数字控制方法得到快速发展，该方法不包含线性控制器和调制器，系统具有较快的瞬态响应速度。
大功率单相负载的接入、单相负荷在三相系统中的不均衡分配以及单相负载用电的随机性等因素，会造成电网三相电压不平衡。在电网不平衡时，基于模型预测控制器的 PWM整流器交流侧功率产生二次脉动，严重影响整流器的运行品质。针对电网电压不平衡时 PWM整流器的控制，传统方法需要首先对系统中各变量进行正、负序分解运算，然后计算正、 负序电流给定值，再采用控制器对正、负序电流统一进行调节，大大增加了控制方案的运算量。由于模型预测控制采用循环寻优，直接输出的不定频控制方式，虽然系统瞬态响应速度优良，但其采样频率高，运行性能受系统延迟影响较为明显。当控制算法较为复杂、运算量较大时，计算过程会产生较大的延迟，影响系统的动态响应速度和控制品质。
因此，有必要设计一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法，在控制系统运行时，不需要复杂的正、负序分解又能够抑制PWM整流器的输入功率脉动，保证系统的控制品质。发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法，该方法可以在三相电压不平衡情况下，对PWM整流器的输入功率脉动进行有效抑制，提高了不平衡电压下PWM整流器的控制效果。
本发明的技术方案为一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法， 其特征在于包括以下步骤(I)、检测三相电压型PWM整流器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压，将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流采样值；(3)、将直流母线电压参考值与步骤(I)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制器得到同步旋转坐标系下d轴电流参考值，设q轴电流参考值为0，以电压位置角度为变换角对d、q轴电流参考值进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电流参考值；(4)、根据两相静止坐标下的电网电压和电网电流计算系统有功功率和无功功率的实际值，将系统有功功率和无功功率实际值取反，分别经过比例谐振控制器(I)、比例谐振控制器(2)并通过补偿电压计算得到有功功率、无功功率二倍频补偿电压；(5)、将步骤(4)得到的二倍频补偿电压以电网电压位置角度为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的二倍频补偿电压；(6)、采用步骤(5)得到的两相静止坐标系下的二倍频补偿电压分别对各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压进行补偿，得到补偿后的各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压；(7)、将步骤(3)中计算得到的两相静止坐标系下的电流参考值、步骤(2)中计算得到的两相静止坐标系下的电网电压和电流采样值，以及步骤(6)中得到的补偿后的各输入电压分别作为模型预测控制器的输入;(8)、将三相电压型PWM整流器模型作为预测模型，通过预测模型获得各电压矢量作用下的预测电流，通过价值函数选择使电流给定值与电流预测值之差的绝对值最小的电压矢量作为最优电压矢量；(9)、用步骤(8)得到的最优电压矢量对应的开关位置信号作为控制功率器件的开关信号。
作为进一步的实施方式，步骤(6)中所述的补偿过程具体为将各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压分别与步骤(4)得到的两相静止坐标系下的二倍频补偿电压相减，得到补偿后的各开关组合作用下的输入电压。
本发明的不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法，通过对各开关组合作用下整流器的输出电压进行实时二倍频补偿，消除了电网电压不平衡对控制系统造成的影响，消除了三相PWM整流器在电网不平衡情况下的输入功率波动，增强了模型预测控制系统在电网不平衡时的运行性能。
图I为三相电压型P丽变换器主电路结构；图2为基于模型预测控制的三相PWM 整流器控制结构图；图3为本发明控制系统的结构原理图；图4为采用本发明控制算法前后的输入功率波形图。
具体实施方法结合附图详细描述实施例。三相电压型PWM整流器主电路拓扑结构如图I所示。图中， uga、ugb, Ugc为交流侧三相电压源，iga、igb、igc为三相交流侧电流，uca, uch, Ucc为整流桥输入侧三相电压，Uic为直流侧电压，Zg和TPg分别为进线电感及其等效电阻，C为直流滤波电容， O为电网中点，iL为负载电流，直流侧负载由电阻怂等效表示。
三相VSR的数学模型可通过坐标变换转换到两相静止坐标系中，表示为
权利要求
1.一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法，其特征在于包括以下步骤(I)、检测三相电压型PWM整流器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压， 将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流采样值;(3)、将直流母线电压参考值与步骤(I)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制器得到同步旋转坐标系下d轴电流参考值，设q轴电流参考值为0，以电压位置角度为变换角对 d、q轴电流参考值进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电流参考值；(4)、根据两相静止坐标下的电网电压和电网电流计算系统有功功率和无功功率的实际值，将系统有功功率和无功功率实际值取反，分别经过比例谐振控制器(I)、比例谐振控制器⑵并通过补偿电压计算得到有功功率、无功功率二倍频补偿电压；(5)、将步骤(4)得到的二倍频补偿电压以电网电压位置角度为变换角进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的二倍频补偿电压；(6)、采用步骤(5)得到的两相静止坐标系下的二倍频补偿电压分别对各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压进行补偿，得到补偿后的各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压；(7)、将步骤(3)中计算得到的两相静止坐标系下的电流参考值、步骤(2)中计算得到的两相静止坐标系下的电网电压和电流采样值，以及步骤(6)中得到的补偿后的各输入电压分别作为模型预测控制器的输入；(8)、将三相电压型 PWM整流器模型作为预测模型，通过预测模型获得各电压矢量作用下的预测电流，通过价值函数选择使电流给定值与电流预测值之差的绝对值最小的电压矢量作为最优电压矢量;(9)、用步骤(8)得到的最优电压矢量对应的开关位置信号作为控制功率器件的开关信号。
2.根据权利要求I所述的不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法，其特征在于所述步骤(6)中的补偿过程具体为将各开关组合作用下整流器在两相静止坐标系下的输入电压分别与步骤(4)得到的两相静止坐标系下的二倍频补偿电压相减，得到补偿后的各开关组合作用下的输入电压。
全文摘要
本发明公开了一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法。本发明的技术方案要点为一种不平衡电压下三相PWM整流器的模型预测控制方法，将计算得到的输入有功功率、无功功率取反，经比例谐振控制器，再通过补偿电压计算得到两相旋转坐标系下的二倍频补偿电压，然后经过反Park变换得到两相静止坐标系下的二倍频补偿电压并补偿到传统模型预测控制的输出电压中，通过价值函数选择使电流给定值与电流预测值之差的绝对值最小的电压矢量作为最优电压矢量，并作为控制功率器件的开关信号。本发明在电网电压不平衡条件下能够有效抑制整流器输入功率的二倍频波动，控制结构简单，系统延时较小，能够同时消除系统输入有功功率、无功功率的二次脉动。
文档编号H02M1/12GK102916599SQ20121041600
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者施艳艳, 王萌 申请人:河南师范大学