[發明專利]一種兩電平PWM整流器延時補償控制方法

有效

• 申請號: 201610213714.X
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105720842B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 王志強;于安波;夏長亮;王慧敏;耿強;谷鑫
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明屬于電力電子電路控制領域，涉及一種新型兩電平PWM整流器延時補償控制方法，本發明可應用于開關電源、可再生能源發電等領域。

背景技術

兩電平PWM整流器廣泛應用于電力開關電源、電機驅動變頻器等領域，是一種非常重要的有源前端供電裝置。模型預測控制(Model Predictive Control，簡稱MPC)已經經歷了大約30年的發展，并被廣泛應用于工業過程控制中(例如化學、石油等工業)，該算法利用被控對象的精確數學模型來預測未來可能的系統狀態，同時兼顧多項控制目標，通過價值函數進行全局尋優、滾動優化，最終達到最優的控制效果。但與傳統控制算法相比，在數字實現方面要求較高，對微處理器自身帶來的控制延遲較為敏感，易造成系統動態響應性能較差，穩定性下降等問題。因此，本發明專利針對上述問題，提出一種新型兩電平PWM整流器延時補償控制方法。

發明內容

本發明專利針對AC-DC兩電平PWM變換器在數字控制過程中存在控制延時的問題，提出了一種新型基于模型預測算法PWM整流器延時補償控制策略。

步驟1：在k時刻，由控制系統對電壓、電流等物理量進行采樣，具體包括：ABC三相電網電壓e_A(k)、e_B(k)和e_C(k)，ABC三相電網電流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)，直流母線電壓u_dc(k)；其中，括號內k表示第k時刻；

步驟2：求解電網電壓e_A(k)、e_B(k)和e_C(k)的d、q軸分量與電網電流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)的d、q軸分量，具體計算方法如下：

式中，e_d(k)和e_q(k)為電網電壓的d、q軸分量，由于在正常供電情況下電網電壓的d、q軸分量是幾乎不變的，因此可認為e_d(k)等于e_d，e_q(k)等于e_q，e_d和e_q分別為兩個恒定值；i_d(k)和i_q(k)為電網電流的d、q軸分量；M_ABC/αβ為由ABC三相靜止坐標系到αβ兩相靜止坐標系的變換矩陣；M_αβ/dq為由αβ兩相靜止坐標系到dq兩相旋轉坐標系的變換矩陣；具體表達式如下：

式中，θ(k)為k時刻d軸與α軸的夾角；

步驟3：利用兩電平PWM變換器離散模型，根據k時刻電網電壓與電流的d、q軸分量，以及k時刻將要通過SVPWM調制策略輸出的交流側電壓矢量d、q軸分量u_d(k)、u_q(k)，可以預測得到k+1時刻交流測電流預測值的d、q軸分量與

括號中k+1|k表示的含義為k時刻對k+1時刻進行預測的值，上標pr表示預測值；其中，

a＝1-(T_sR_g/L_g)，b＝T_sω_g，c＝T_s/L_g (4)

式中，T_s為IGBT開關周期，同時也為系統控制周期；L_g交流側濾波電感；R_g為等效的交流側電阻，包括交流側濾波電感內阻與由IGBT器件壓降等效的電阻；ω_g為電網電角速度；

步驟4：利用瞬時有功功率p在k時刻預測k+1時刻直流側電容電壓值具體計算方法如下：

式中，R_L為直流側負載電阻；C是直流側電容；其中，u_dc＝u_dc,ref+Δu_dc，u_dc為k時刻直流母線實際電壓值，u_dc,ref為直流電壓參考值，為恒定值，Δu_dc為k時刻實際直流電壓與參考電壓偏差值；

將其帶入式(5)后可得

對上式進行拉普拉斯變換后