一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法。通过检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器三相交流电压、三相交流电流和直流母线电压；经过克拉克变换转化为两相静止坐标系下的电压采样值和电流采样值；计算所述直流母线电压及直流母线电压指令间的差值；借助电压外环控制器获取整流器瞬时有功功率指令值；同时根据功率跟踪误差设定价值函数，以满足价值函数最小分析计算两相静止坐标系下预测电流分量，进而得到两相静止坐标系下期望开关电压分量；利用空间矢量脉冲宽度调制技术，得到整流器开关期望函数。本发明可以有效消除传统预测电流控制方法对整流器结构参数的依赖性。
【专利说明】一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及电压型脉冲宽度调制整流器控制【技术领域】，尤其涉及一种三相 电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，三相电压型脉冲宽度调制整流器已广泛应用于电力、运输、航空航天领域， 该整流器具有网策电流正弦化、功率因数高、可实现能量双向流动的优点。
[0003] 传统三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法，采用双闭环结构，外环 采用直流母线电压控制器，内环获取期望开关电压矢量。此类双闭环结构具有电流谐波小、 开关频率稳定、静态性能好的优点。
[0004] 但传统预测电流控制方法也存在一定的缺陷：传统预测电流控制方法对三相电压 型脉冲宽度调制整流器结构依赖性大，结构参数变化敏感易造成系统失去稳态甚至系统崩 溃的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法，以解 决传统预测电流控制方法对三相电压型脉冲宽度调制整流器结构依赖性大，结构参数变化 敏感易造成系统失去稳态甚至系统崩溃的问题。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控 制方法，包括：
[0007] 检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器三相交流电压、三相交流电流和直流母 线电压；
[0008] 将所述三相交流电压、所述三相交流电流经过克拉克变换转化为两相静止坐标系 下的电压采样值和电流采样值；
[0009] 计算所述直流母线电压及既定直流母线电压指令值间的差值；
[0010] 利用所述电压外环控制器，输出三相电压型脉冲宽度调制整流器瞬时有功功率指 令值；
[0011] 根据静止坐标系下电压采样值和电流采样值，以及所述三相电压型脉冲宽度调制 整流器瞬时有功功率指令值，得到两相静止坐标系下期望开关电压分量；
[0012] 根据所述两相静止坐标系下期望开关电压分量，利用空间矢量脉冲宽度调制技 术，确定整流器期望开关状态函数，实现所述三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控 制。
[0013] 进一步的，所述克拉克变换采用恒功率变换。
[0014] 进一步的，所述获得期望开关电压分量步骤具体为：
[0015] 根据所述瞬时无功功率理论建立所述三相电压型脉冲宽度调制整流器瞬时功率 数学模型并离散化，得到采样周期内所述整流器瞬时有功功率实际值以及瞬时无功功率实 际值；
[0016] 根据所述电压外环控制器瞬时有功功率指令值；并设定瞬时无功功率指令值为 〇 ；
[0017] 根据采样周期内所述整流器瞬时有功功率以及瞬时无功功率二者实际值与指令 值之间跟踪误差，构造价值函数；
[0018] 计算使得价值函数达到最小值时整流器两相静止坐标系下预测电流分量；
[0019] 通过所述整流器离散电压方程计算，得到所述整流器交流输入期望开关电压分 量。第二方面，本发明实施例还提供了一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制 装置，该装置包括：
[0020] 参数检测模块，用于检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器的三相交流电压、 三相交流电流和直流母线电压；
[0021] 克拉克变换模块，用于将所述参数检测模块监测到的所述三相交流电压、所述三 相交流电流经过克拉克变换转化为两相静止坐标系下的电压采样值和电流采样值；
[0022] 母线差值计算模板，用于计算所述直流母线电压及既定直流母线电压指令值间的 差值；
[0023] 电压外环模块，用于利用利用电压外环控制器，输出所述三相电压型脉冲宽度调 制整流器瞬时有功功率指令值；
[0024] 电流内环模块，用于根据静止坐标系下电压采样值和电流采样值，以及所述电压 外环控制器瞬时有功功率指令值，得到两相静止坐标系下期望开关电压分量；
[0025] 空间矢量脉冲宽度调制模块，用于利用空间矢量脉冲宽度调制技术，根据所述两 相静止坐标系下期望开关电压分量，确定整流器期望开关状态函数。
[0026] 进一步的，将瞬时功率变量引入预测电流方法中，所述克拉克变换模块采用恒功 率变换。
[0027] 进一步的，所述电流内环模块包括：
[0028] 所述瞬时功率单元，用于根据所述瞬时无功功率理论建立所述三相电压型脉冲宽 度调制整流器瞬时功率数学模型并离散化，得到采样周期内所述整流器瞬时有功功率实际 值以及瞬时无功功率实际值；
[0029] 所述功率0值单元，用于根据所述电压外环控制器获取瞬时有功功率指令值；并 使瞬时无功功率值为〇 ;
[0030] 所述价值函数单元，用于根据采样周期内所述整流器瞬时有功功率和瞬时无功功 率二者的实际值与指令值，计算瞬时有功功率跟踪误差以及瞬时无功功率跟踪误差，构造 价值函数；
[0031] 所述函数最小值单元，用于计算使得价值函数达到最小值时整流器两相静止坐标 系下预测电流分量；
[0032] 所述期望开关电压分量单元，用于通过所述整流器离散电压方程计算，得到所述 整流器交流输入期望开关电压分量。
[0033] 本发明实施例通过提出一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法， 在检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器三相交流电压、三相交流电流及直流母线电压 的基础上，通过所述克拉克变换得到静止坐标系下电压采样值及电流采样值；同时计算所 述直流母线电压与直流母线电压指令值间差值，进而利用所述电压外环调节器，得出所述 整流器瞬时有功功率；进而与所述两相静止坐标系下电压采样值、电流采样值计算得到两 项静止坐标系下期望开关电压分量，进而利用空间矢量脉冲宽度调制技术得到所述整流器 开关期望函数，实现所述三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制。本发明解决传统 预测电流控制方法对三相电压型脉冲宽度调制整流器结构依赖性大，结构参数变化敏感易 造成系统失去稳态甚至系统崩溃的问题，实现三相电压型脉冲宽度调制整流器高效控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1是本发明实施例一提供的三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方 法的实现流程图；
[0035] 图2是本发明实施例二提供的三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方 法的实现流程图；
[0036] 图3是本发明所述三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制装置示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0038] 实施例一
[0039] 图1为本发明实施例一提供的三相电压型脉冲宽度调制PWM整流器预测电流控制 方法的流程图。图3为本发明所述三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制主电路及 控制电路结构示意图。
[0040] 本实施例可适用于三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制，该方法可以由 三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制装置来执行，具体包括如下操作：
[0041] 步骤101、检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器三相交流电压、三相交流电流 和直流母线电压；
[0042] 其中，所述三相电压型脉冲宽度调制整流器为三相电压型PWM整流器；所述三相 交流电压分别为e a，eb，e。，所述三相交流电流为ia，ib，i。，所述直流母线电压为U dc。
[0043] 步骤102、将所述三相交流电压、所述三相交流电流经过克拉克变换转化为两相静 止坐标系下的电压采样值和电流采样值；
[0044] 其中，所述克拉克Clark变换是将基于3轴、2维的定子静止坐标系的各物理量变 换到2轴的定子静止坐标系中。因此，所述三相静止坐标系a-b-c下的所述三相交流电压 分别为e a, eb, e。转化为ea, ee,所述三相交流电流ia, ib, i。转化为ia, ie。
[0045] 同时，本实施例将瞬时功率变量引入预测电流方法中，，所述克拉克Clark变换采 用恒功率变换。
[0046] 其中，所述瞬时无功功率理论认为，瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为：
【权利要求】
1. 一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤一、检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器三相交流电压、三相交流电流和直 流母线电压； 步骤二、将所述三相交流电压、所述三相交流电流经过克拉克变换转化为两相静止坐 标系下的电压采样值和电流采样值； 步骤三、计算所述直流母线电压及既定直流母线电压指令值间的差值； 步骤四、利用电压外环控制器，输出三相电压型脉冲宽度调制整流器瞬时有功功率指 令值； 步骤五、根据静止坐标系下电压采样值和电流采样值，以及所述三相电压型脉冲宽度 调制整流器瞬时有功功率值，得到两相静止坐标系下期望开关电压分量； 步骤六、根据所述两相静止坐标系下期望开关电压分量，利用空间矢量脉冲宽度调制 技术，确定整流器期望开关状态函数，实现所述三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流 控制。
2. 根据权利要求1所述的三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法，其特征 在于，将瞬时功率变量引入预测电流方法中，所述步骤二中克拉克变换采用恒功率变换。
3. 根据权利要求1或2所述的三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制方法，其 特征在于，所述步骤五具体为： 根据所述瞬时无功功率理论建立所述三相电压型脉冲宽度调制整流器瞬时功率数学 模型并离散化，得到采样周期内所述整流器瞬时有功功率实际值以及瞬时无功功率实际 值； 根据所述电压外环控制器获取瞬时有功功率指令值；并使瞬时无功功率值为〇 ; 根据采样周期内所述整流器瞬时有功功率和瞬时无功功率二者的实际值与指令值，计 算瞬时有功功率跟踪误差以及瞬时无功功率跟踪误差，构造价值函数； 计算使得价值函数达到最小值时整流器两相静止坐标系下预测电流分量； 通过所述整流器离散电压方程计算，得到所述整流器交流输入期望开关电压分量。
4. 一种三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制装置，其特征在于，包括： 参数检测模块，用于检测所述三相电压型脉冲宽度调制整流器的三相交流电压、三相 交流电流和直流母线电压； 克拉克变换模块，用于将所述参数检测模块监测到的所述三相交流电压、所述三相交 流电流经过克拉克变换转化为两相静止坐标系下的电压采样值和电流采样值； 母线差值计算模板，用于计算所述直流母线电压及既定直流母线电压指令值间的差 值； 电压外环模块，用于利用电压外环控制器，输出所述三相电压型脉冲宽度调制整流器 瞬时有功功率指令值； 电流内环模块，用于根据静止坐标系下电压采样值和电流采样值，以及所述电压外环 控制器瞬时有功功率指令值，得到两相静止坐标系下期望开关电压分量； 空间矢量脉冲宽度调制模块，用于利用空间矢量脉冲宽度调制技术，根据所述两相静 止坐标系下期望开关电压分量，确定整流器期望开关状态函数。
5. 根据权利要求4所述的三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制装置，其特征 在于，将瞬时功率变量引入预测电流方法中，所述克拉克变换模块采用恒功率变换。
6. 根据权利要求4或5所述的三相电压型脉冲宽度调制整流器预测电流控制装置，其 特征在于，所述电流内环模块包括： 瞬时功率单元，用于根据所述瞬时无功功率理论建立所述三相电压型脉冲宽度调制整 流器瞬时功率数学模型并离散化，得到采样周期内所述整流器瞬时有功功率实际值以及瞬 时无功功率实际值； 所述功率〇值单元，用于根据所述电压外环控制器获取瞬时有功功率指令值；并使瞬 时无功功率值为〇 ; 价值函数单元，用于根据采样周期内所述整流器瞬时有功功率和瞬时无功功率二者 的实际值与指令值，计算瞬时有功功率跟踪误差以及瞬时无功功率跟踪误差，构造价值函 数； 所述函数最小值单元，用于计算使得价值函数达到最小值时整流器两相静止坐标系下 预测电流分量； 期望开关电压分量单元，用于通过所述整流器离散电压方程计算，得到所述整流器交 流输入期望开关电压分量。
【文档编号】H02M7/12GK104393773SQ201410719557
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】尚艳强, 张承良 申请人:天津航空机电有限公司