基于模型预测和三角波比较的三相pwm整流控制方法
【技术领域】
[00011本发明涉及三相电压型PWM整流技术，尤其涉及基于模型预测和三角波比较的三 相PffM整流控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，大功率直流电源的需求量逐年上升，传统的不控和相控大功率 电源输入电流谐波大，功率因数低对电网影响较大，而且电流响应慢无法满足生产生活需 求;而三相电压型PWM整流器能从根源上消除输入电流谐波，且具有单位功率因数，所以受 到当前电力电子领域的重点关注。
[0003] 目前常见的控制策略有:滞环比较控制、模型预测控制、电流预测控制，前馈解耦 控制，但是这些控制目前仍有不足之处:简单的滞环比较控制输入电流纹波依然较大;而前 馈解耦控制、电流预测控制需要增加 SVPWM或SPWM环节，算法复杂;模型预测控制分为连续 的模型预测控制和有限集模型预测控制，有限集模型预测控制虽然动态响应比较快，但不 能实现定频控制，造成交流侧滤波困难，而连续的模型预测控制通常需要调制器。
【发明内容】
[0004] 针对现有控制策略的不足，本发明目的在于提供基于模型预测和三角波比较的三 相PffM整流控制方法。利用三角波比较控制与模型预测各自的优点，设计新型控制方法，简 化算法的同时，降低交流侧电流谐波，同时实现定频控制。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
[0006] 基于模型预测和三角波比较的三相P丽整流控制方法，主要步骤如下：
[0007] (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)，并装换为数字信号；
[0008] (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(丨&、化、化），采用分 压法采样三相电压型PWM整流器直流侧电容(C)两端的输出直流电压值(Vdc)，并转换为数 字信号；
[0009] (S3)完成步骤（SI)和（S2)后，将指令直流电压值（Vdc_ref)与输出直流电压值 (Vdc)的差作为电压外环的输入，电压外环采用PI控制，PI控制的输出得到参考电流的幅值 (I*)，参考电流幅值(I*)与电网电压相位信息相乘得到参考电流i*a和；?*β ;
[0010] (S4)把三相电压型WM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；
[0011] (S5)在两相αβ静止坐标系根据模型预测控制得到整流桥交流侧两相电压(Va、V β)，并变换到三相abc静止坐标系得到三相电压(Va、Vb、Vc)，将变换得到的三相电压分别除 以直流电压参考值(Vd C_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;其中三角波的幅值与PI限幅一致。
[0012] 进一步地，所述步骤(SI)中，利用锁相电路得到电网A相电压（ea)的过零点时间， 用DSP实时计算电网的周期，同时计算电网输入三相电压的值。
[0013] 进一步地，所述步骤(S2)中，中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PffM整流器直流侧电容(C)两端的输出 直流电压值(Vdc)。
[0014] 进一步地，所述步骤（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s in (wt)相乘得到参考电流i *β。
[0015] 进一步地，所述步骤(S4)和(S5)中，根据(S1)、（S2)、（S3)步骤的数据在两相αβ静 止坐标系下进行模型预测控制，本发明所述的模型预测控制是指连续状态的模型预测控 制，在步骤(S5)中将模型预测的输出与三角波比较控制，从而得到三相驱动信号。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017] 1、算法简单，无需SVP丽或SP丽调制单元；
[0018] 2、三相电压型P丽整流器交流侧输入电流纹波低，系统可实现单位功率因数运行；
[0019] 3、三相电压型P丽整流器直流侧输出电压可控，纹波小；
[0020] 4、可以实现定频控制。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法框图；
[0022]图2是应用本发明的三相电压型PWM整流器matlab仿真直流侧输出电压的效果 图；
[0023]图3是应用本发明的三相电压型PWM整流器matlab仿真A相交流侧输入电压和电流 的效果图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式 不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参 照现有技术实现的。
[0025]如图1所示，本发明的基于模型预测和三角波比较的三相PWM整流控制方法示意 图，主要步骤如下：
[0026] (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)，并装换为数字信号；
[0027] (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(1&、化、化），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；
[0028] (S3)完成步骤（SI)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cos (wt)相乘得到参考电流i *α，参考电流幅值(I *)和S in (wt)相乘得到参考电流i *β;
[0029] (S4)把三相电压型WM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，具体实施如下所述：
[0030] Α)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(α坐标系)下开关函数定义为Sa和即，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):
[0031]
(1 )
[0032]其中ia和ie为三相电抗器的输入电流值（丨&、化、化）变换到两