[發明專利]三相整流器快速模型預測控制方法

有效

• 申請號: 201310185415.6
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103326598A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王萌;施艷艷;高金輝;常方高
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

技術領域

????本發明涉及三相電壓型整流器的控制方法，屬于電力電子功率變換裝置控制領域，特別涉及一種三相整流器快速模型預測控制方法。

背景技術

三相電壓型整流器的模型預測控制算法通常采用循環尋優，直接輸出的不定頻控制方式，算法在每個控制周期內只輸出一種開關狀態。因此，為獲得較快的響應速度和良好的控制品質，模型預測控制的控制周期一般較短。雖然模型預測控制結構簡單，但在實際應用中，相對于很短的控制周期，其循環預測和尋優過程較為復雜，運算量較大，對控制器的計算性能要求較高。同時，預測和尋優過程耗時較長也不利于其它輔助控制算法的擴展，影響模型預測控制的工業化應用。另外，隨著開關狀態的增多，如多電平變換器、矩陣變換器等，模型預測控制算法的運行時長也隨之增加，這將造成控制周期時長增加，進而影響變換器的控制效果。因此，在保證控制器響應速度和控制品質的前提下，有效縮短預測和尋優時長至關重要。為了縮短模型預測控制算法的計算耗時，有學者提出一種通過分區對模型預測控制的預測過程進行簡化的方法。該方法可有效減少控制算法運行時長，提高算法的運行效率，但該算法將對模型預測控制的部分控制性能造成影響。還有學者針對級聯型H橋逆變器的模型預測控制，提出了一種簡化的控制算法，該算法不能應用于其它類型的變換器。

因此，有必要設計一種三相整流器快速模型預測控制方法，在保持模型預測控制電流響應速度快、控制效果好等優良控制品質的基礎上，有效簡化模型預測控制的計算過程，縮短算法執行時間，為輔助算法的加入及模型預測控制的工業化應用提供有力條件。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種三相整流器快速模型預測控制方法，該方法根據三相電壓型整流器模型和電流參考值獲得下一時刻需要的輸出電壓參考值；通過對模型預測控制中的價值函數進行等效變換，獲得基于輸出電壓的價值函數表達式；最后，采用矢量分區的方法選擇最優的輸出電壓矢量。針對三相整流器系統，本發明的簡化模型預測控制方法可有效簡化傳統模型預測控制方法，控制算法結構簡單，運算量小，計算時間顯著縮短，保證了控制系統的響應速度和穩定運行。

本發明的技術方案為：三相整流器快速模型預測控制方法，其特征在于包括以下步驟：(1)、檢測主動前端整流器系統三相電網電壓、三相輸入電流和直流母線電壓；(2)、將檢測到的三相電網電壓和三相輸入電流經過3/2變換模塊得到兩相靜止坐標系下的電網電壓和輸入電流采樣值；(3)、將三相電網電壓信號經過軟件鎖相環得到電網電壓位置角；(4)、將直流母線電壓參考值與步驟(1)得到的直流母線電壓實際值做差，經過PI控制器得到同步旋轉坐標系下d軸電流參考值，設q軸電流參考值為0，以電壓位置角度為變換角對d、q軸電流參考值進行反Park變換，得到兩相靜止坐標系下的電流參考值；(5)、將三相電壓型整流器的電壓模型作為預測模型，將步驟(4)中計算得到的兩相靜止坐標系下的電流參考值、步驟(2)中計算得到的兩相靜止坐標系下的電網電壓和電流采樣值作為預測模型的輸入；(6)、通過預測模型得到能夠使電流實際值跟蹤電流參考值的預測輸出電壓。(7)、根據分區判斷過程，得到最優的電壓矢量對應的電壓值作為輸出電壓；(8)、用步驟(7)得到的輸出電壓對應的開關位置信號作為控制功率器件的開關信號。

作為進一步的實施方式，步驟(7)中的分區判斷過程為：

定義變量

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

式中：、為步驟(6)得到的預測電壓。

定義以下規則：若，則A=1，否則A=0；若，則B=1，否則B=0；若，則C=1，否則C=0。則電壓矢量所在區域的計算公式為

????????????????????????????????????????????????????????????N=A+2B+4C????????????????????????????????????????????????????????????

在確定電壓矢量參考值所在區域N后，可進一步判斷其范圍，判斷方法為