电流矢量计算方法如下：
[0039] 电网电压矢量的计算方法：
[0041] 4、将直流电压给定值通过低通滤波器，计算下一时刻的直流电压给定。
[0043]其中，为直流电压的给定值，％为下一时刻的电压给定值，udk为下一时刻的直 流电压测量值。h为系统的控制参数，通过h调节直流电压的相应速度。下一时刻要达到 则需要的直流侧电流:
[0045] 其中，C为直流电容的电容值，Ts为采样周期。
[0046] 下一时刻相对应的整流器的输出的电流给定f+1为
[0048]其中，I，为整流器输出的负载电流。
[0049] 直流侧下一时刻消耗的功率为if+1
[0051] 整流器输出的功率和直流侧所消耗的功率相同，因此电网所输入的功率为
[0053] 其中，Rs为升压电感的内阻值，I；为电网电压的有效值。
[0054] 5、可以看到，上述推导/f+1值得过程中，用到了变量ΙΛ也就是负载电流，负载电 流在负载变化时是变化的，在一些功率变换器负载，负载电流可能是非线性的，本发明采用 负载电流Luenberger观测器解决这个问题，观测器如下设计：
[0057] 其中，kh2为观测器增益，选定适当的值，使观测器稳定，观测其中负载电流的输 入为ILk =saiak+sbibk+sci二
[0058] 6、根据整流器的数学模型，预测八个电压矢量k+1时刻对应电流矢量和相电压矢 量：
[0060] 其中，Ls为整流桥前端升压电感，Rs为其内阻，Ts为控制系统的采样周期。当控制 周期足够小时，可认为相电压矢量满足：
[0061] e^1 ^el [1. 12)
[0062] 7、根据该预测电流计算出k+1时刻无功功率Qink+1和有功功率Pink+1的预测值。
[0065] 其中，i,表示电流矢量ξ的共轭值，Re{}是取算式的实部，Im{}表示取算式的虚 部。
[0066] 8、根据无功功率，有功功率和电容电压的预测值求取每个电压矢量对应的代价函 数值，取使得代价函数最小Λ的电压矢量为最优的电压矢量；
[0068] 其中Ρη为功率变换器最大的输入功率，un为功率变换器最大的输入电流。€为 下一时刻的直流电压给定，PJ为有功功率给定，QJ的给定可以调节系统输出的功率因数。 入为可调参数，通过凑试法获得参数，使系统整体性能最优。sk+1为下一时刻的开关信号组 合，施加最优电压矢量对应的开关信号。使得代价函数最小的J(sk+1)的电压矢量被认为是 八个电压矢量中最优的电压矢量冗/，施加最佳电压矢量所对应的开关组合，其对应关系 如表1，实现系统的最优控制。
[0069] 9、下一时刻重复1_8,以获取下一时刻的最优电压矢量。
【主权项】
1. 一种三相整流器负载电流观测的直接功率预测控制方法，其特征在于，所述方法包 括： (1) 通过整流系统的电流霍尔传感器和电压霍尔传感器分别测出三相电流iak，ib k，i。1% 电容电压udk和线电压~上ej 4 ;并通过线电压计算相电压eak，ebk，C，上标k表示采样时刻； (2) 通过测量的电容电压Ud计算八个开关组合对应的电压矢量V1~V8当前时刻 的值，以及根据测量的三相电流iak，ibk，C计算电流矢量^的值，其中八种开关组合为 000, 100, 010, 001，011，101，110, 111，根据相电压 eak，ebk，ec k 计算电网电压矢量 (3) 将直流电压给定值通过低通滤波器，计算下一时刻的直流电压给定，计算达 到该给定需要的直流电容给定Ci+1，在该直流电流给定的基础上，根据整流器数学模型计 算的输出的电流给定P +1，:根据该电流计算直流侧功率输入if+1，根据能量守恒原理，计算(4) 设计Luenberger观测器，观测负载电流值i/+1j (5) 根据整流器模型计算整流器的预测电流矢量2:/+1和电网电压矢量e sk+1 ; (6) 根据该预测电流计算出k+1时刻无功功率Qink+1和有功功率Pin k+1的预测值； (7) 根据无功功率，有功功率和电容电压的预测值求取每个电压矢量对应的代价函数 值，取使得代价函数最小J1的电压矢量为最优的电压矢量； (8) 施加最优电压矢量对应的开关信号，其中电压矢量与开关信号的对应关系如步骤 (2)中相同。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤⑴中，通过线电压计算 相电压具体为：3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2)中通过测量的电容电压udk计 算八种开关组合对应的电压矢量V1~V8当前时刻的值，具体为： 开关组合〇〇〇对应的电压矢量V1 = 0 ; 开关组合100对应的电压矢量V2 = 2udk/3 ; 开关组合110对应的电压矢量开关组合010对应的电压矢量开关组合011对应的电压矢量开关组合001对应的电压矢量开关组合101对应的电压矢量开关组合111对应的电压矢量V8 = 0 ; 所述步骤⑵中根据相电压eak，ebk，C计算电网电压矢量具体为：4. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2)中根据测量的三相电流 iak，ibk，C信号计算电流矢量？的值，具体根据下式计算：5. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（3)中，将直流电压给定值通过 低通滤波器，计算下一时刻的直流电压给定iC_ +1，具体为：其中，沁为直流电压的给定值，为下一时刻的电压给定值，udk为下一时刻的直流 电压测量值，h为系统的控制参数，通过h调节直流电压的相应速度。6. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（3)中下一时刻要达到则 需要的直流侧电流为：其中，C为直流电容的电容值，Ts为采样周期； 下一时刻相对应的整流器的输出的电流给定为：其中，为整流器输出的负载电流； 直流侧下一时刻消耗的功率^f+1为：电网所输入的功率if+1为：其中，Rs为升压电感的内阻值，氧为电网电压的有效值。7. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（4)中，Luenberger观测器如下 设计：其中，Lh2为观测器增益，选定适当的值，使观测器稳定，观测其中负载电流的输入为.其中，sasbs。为开关信号，其取值为O或1。8. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（5)中预测八个电压矢量k+Ι时 刻对应电流矢量和电网电压矢量其中，Ls为升压电感的电感值。9. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中根据该预测电流计算出 k+Ι时刻无功功率Qink+1和有功功率Pink+1的预测值：其中，I表示电流矢量I的共轭值，Re {}是取算式的实部，Im{}表示去算式的虚部。10. 权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（7)中，代价函数为其中Pn为功率变换器最大的输入功率，un为功率变换器最大的输入电流，为下一时 刻的直流电压给定，Pj为有功功率给定，Q1/的给定可以调节系统输出的功率因数，λ为 可调参数，sk+1为下一时刻的开关信号组合。
【专利摘要】三相六开关整流器负载电流观测的直接功率预测控制方法。本发明公开了一种三相整流器负载电流观测的直接功率预测控制技术，其步骤是：A、通过电流传感器、电压传感器分别测出三相电流、三相电网电压和直流侧电容电压；B、通过测量的直流电容电压计算出八种开关组合(000,001,010,100,011,101,110,111)对应的电压矢量；C、给定的直流电压通过滤波器后得到本采样周期的瞬时参考电压，根据直流侧和交流侧功率守恒原则获得有功功率的瞬时参考值，其中有功功率参考值的计算采用观测器估算负载电流。D、根据测量的相电流和相电压，预测整流器八个电压矢量对应的有功功率和无功功率以及电容电压；E、计算相应的代价函数F、将使得代价函数最小的电压矢量对应的开关状态施加到整流器中。该方法适用于三相各种整流、有源滤波器。
【IPC分类】H02M7/219
【公开号】CN105450057
【申请号】CN201410476612
【发明人】赵金, 周德洪
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年9月17日