一種基于新型模型預(yù)測控制的三相pwm整流的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及=相電壓型PWM整流技術(shù)，尤其設(shè)及一種基于新型模型預(yù)測控制的= 相PWM整流的控制方法，屬于電力電子變流技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大功率直流電源的需求量逐年上升，傳統(tǒng)的不控和相控大功率 電源輸入電流諧波大，功率因數(shù)低對電網(wǎng)影響較大，而且電流響應(yīng)慢無法滿足生產(chǎn)生活需 求；而=相電壓型PWM整流器能從根源上消除輸入電流諧波，且具有單位功率因數(shù)，所W受 到當(dāng)前電力電子領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注。
[0003] 目前常見的控制策略有：滯環(huán)比較控制、模型預(yù)測控制、電流預(yù)測控制，前饋解禪 控制，但是運(yùn)些控制目前仍有不足之處：簡單的滯環(huán)比較控制輸入電流紋波依然較大；而 前饋解禪控制、電流預(yù)測控制需要增加SVPWM或SPWM環(huán)節(jié)，算法復(fù)雜；傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測 控制雖然動態(tài)響應(yīng)比較快，但算法在線計(jì)算量大造成延時(shí)影響控制效果，另外需要較高的 開關(guān)頻率才能有較好的控制效果，開關(guān)損耗大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有控制策略的不足，本發(fā)明目的在于提供一種基于新型模型預(yù)測控制的= 相PWM整流的控制方法。在傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制的基礎(chǔ)上精簡算法，減少開關(guān)動作次 數(shù)，從而降低開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，每一采樣時(shí)刻的開關(guān)動作軌跡相互關(guān)聯(lián)具有反饋特 性，使得開關(guān)動作不再是隨機(jī)和無規(guī)律的。
[0005] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于新型模型預(yù)測控制的=相 PWM整流的控制方法，主要步驟如下：
[0006] (SI)利用鎖相電路得到電網(wǎng)A相電壓ea的過零點(diǎn)，DSP根據(jù)電網(wǎng)A相電壓ea的 過零點(diǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)周期，并W此更改控制周期，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)A相電壓ea的過零點(diǎn)計(jì)算 電網(wǎng)S相輸入的電壓值（ea、eb、ec)，并裝換為數(shù)字信號；
[0007](S2)利用電流霍爾傳感器分別采樣=相電抗器的輸入電流值（ia、ib、ic)，采用 分壓法采樣=相電壓型PWM整流器直流側(cè)電容兩端的輸出直流電壓值，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號；
[0008] (S3)完成步驟（SI)和悅）后，將指令直流電壓值與輸出直流電壓值的差作為電 壓外環(huán)的輸入，電壓外環(huán)采用PI控制，PI控制的輸出得到參考電流的幅值I*，參考電流幅 值I*與電網(wǎng)電壓相位信息相乘得到參考電流i*a和i*P;
[0009] (S4)把S相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型從S相油C靜止坐標(biāo)系（變換到兩相 a0靜止坐標(biāo)系下，并根據(jù)電壓外環(huán)控制得到的參考電流、=相交流側(cè)電流、=相交流側(cè)電 壓、上一采樣時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)S(k-l) =Sa化-1)、訊化-l)、Sc(k-l)進(jìn)行有限集模型預(yù)測控 審IJ，定義k時(shí)刻為當(dāng)前采樣時(shí)刻，k-1為上一采樣時(shí)刻，k+1時(shí)刻為下一采樣時(shí)刻；
[0010] (SW根據(jù)有限集模型預(yù)測控制直接輸出S相開關(guān)信號S(k) =Sa化)、訊似、 Sc(k)并作用于開關(guān)管。
[0011] 所述步驟（SI)中，利用鎖相電路得到電網(wǎng)A相電壓ea的過零點(diǎn)時(shí)間，用DSP實(shí)時(shí) 計(jì)算電網(wǎng)的周期，同時(shí)計(jì)算電網(wǎng)輸入S相電壓的值。
[0012] 所述步驟（S2)中，利用電流霍爾傳感器分別采樣=相電抗器的輸入電流值（ia、 ib、ic)，采用電阻分壓法采樣=相電壓型PWM整流器直流側(cè)電容C兩端的輸出直流電壓值 Vdc。
[001引所述步驟做）中，將指令直流電壓值（Vdc_ref)與輸出直流電壓值（Vdc)的差進(jìn) 行PI控制，PI控制輸出得到參考電流的幅值（I*)，參考電流幅值（I*)和COS(Wt)相乘得 到參考電流i*a，參考電流幅值（I*)和sin(Wt)相乘得到參考電流i* 0。
[0014]所述步驟（S4)中，根據(jù)（SI)、（S2)、（S3)步驟的數(shù)據(jù)在兩相a0靜止坐標(biāo)系下進(jìn) 行有限集模型預(yù)測控制（FiniteControlSetModelPredictiveControl,FCS-MPC)，根 據(jù)開關(guān)動作次數(shù)最少的原則，根據(jù)上一采樣時(shí)刻k-1時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)S化-I) =Sa化-I)、 訊化-1)、Sc化-1)，找出k采樣時(shí)刻期望出現(xiàn)的開關(guān)狀態(tài)集合S化)，(j= 1，2, 3, 4)，將S化)， 從S相油C靜止坐標(biāo)系下變換到兩相a0靜止坐標(biāo)系下得到S"(k)i、Sp化)i(j=l，2,3,4) 將運(yùn)個(gè)開關(guān)狀態(tài)集合S?；?'、Sp(k) '作為控制集。
[0015] 所述步驟（S5)中，有限集模型預(yù)測控制無需調(diào)制器直接輸出=相開關(guān)信號 Sa(k)、Sb(k)、Sc(k)并作用于開關(guān)管。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 1、有限集模型預(yù)測控制算法運(yùn)算量大幅度下降，
[001引 2、無需SVP麗或SP麗調(diào)制單元；
[0019] 3、=相電壓型PWM整流器交流側(cè)輸入電流紋波低，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn) 行；
[0020] 4、S相電壓型PWM整流器直流側(cè)輸出電壓可控，紋波?。?br>[0021] 5、開關(guān)動作次數(shù)減少到最低，開關(guān)頻率大幅度降低，開關(guān)損耗減少。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的一種基于新型模型預(yù)測控制的S相PWM整流的控制方法控制框 圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明的一種基于新型模型預(yù)測控制的=相PWM整流的控制方法算法流程 圖；
[0024] 圖3是應(yīng)用本發(fā)明的S相電壓型PWM整流器的matl油仿真直流側(cè)輸出電壓的效 果圖。
[00巧]圖4是應(yīng)用本發(fā)明的S相電壓型PWM整流器的matl油仿真A相交流側(cè)輸入電壓 電流的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式 不限于此。需指出的是，W下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參 照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0027]如圖I~圖2所示，本發(fā)明的一種基于新型模型預(yù)測控制的S相PWM整流的控制 方法控制框圖和算法流程圖，主要步驟如下：
[002引 （SI)利用鎖相電路得到電網(wǎng)A相電壓ea的過零點(diǎn)，DSP根據(jù)電網(wǎng)A相電壓ea的 過零點(diǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)周期，并W此更改控制周期，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)A相電壓ea的過零點(diǎn)計(jì)算 電網(wǎng)S相輸入的電壓值（ea、eb、ec)，并裝換為數(shù)字信號；
[0029] (S2)利用電流霍爾傳感器分別采樣=相電抗器的輸入電流值（ia、ib、ic)，采用 分壓法采樣S相電壓型PWM整流器直流側(cè)電容C兩端的輸出直流電壓值Vdc，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號；
[0030] (S3)完成步驟（SI)和悅）后，將指令直流電壓值Vdc_ref與輸出直流電壓值Vdc 的差作為電壓外環(huán)的輸入，電壓外環(huán)采用PI控制，PI控制的輸出得到參考電流的幅值I*， 參考電流幅值I*與電網(wǎng)電壓相位信息相乘得到參考電流i*a和i*P;
[0031] (S4)把=相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型從=相油C靜止坐標(biāo)系（變換到兩相 a0靜止坐標(biāo)系下，并根據(jù)電壓外環(huán)控制得到的參考電流、=相交流側(cè)電流、=相交流側(cè)電 壓、上一采樣時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)S(k-l) =Sa化-1)、訊化-l)、Sc(k-l)進(jìn)行有限集模型預(yù)測控 審IJ，定義k時(shí)刻為當(dāng)前采樣時(shí)刻，k-1為上一采樣時(shí)刻，k+1時(shí)刻為下一采樣時(shí)刻，具體如下 所述：
[003引 A)假設(shè)交流側(cè)電抗為L，線路及電抗等下電阻為R，ABCS相參數(shù)均相等，系統(tǒng)采樣 頻率為Ts。S相靜止坐標(biāo)系（油C坐標(biāo)系）下開關(guān)函數(shù)S定義為S=SaSbSc,上橋臂導(dǎo)通 時(shí)SiQ=a、b、c) = 1，下橋臂導(dǎo)通時(shí)SiQ=a、b、c) =0;我們可W得到開關(guān)函數(shù)S共有 8 種，S= [000 ;001 ;011 ;010 ;110 ;100 ;101 ;111]。
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