[發明專利]一種基于三矢量的模型預測直接功率控制方法

有效

• 申請號: 201810447987.X
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108616132B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 林明耀;李暉;劉曉煜
• 申請（專利權）人: 東南大學溧陽研究院;東南大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發明公開了一種基于三矢量的模型預測直接功率控制方法，該方法根據系統的離散化預測模型，分析非零電壓矢量以及零電壓矢量對有功以及無功功率變化率的影響，預測在不同的電壓矢量組合下有功與無功功率的大小，根據功率誤差最小的原則來選擇合適的電壓矢量組合以及計算相應的作用時間；通過脈沖寬度調制技術，驅動六個開關管動作，從而控制有功與無功功率跟隨其給定值。該方法無需交流側電網電壓傳感器，節約了成本并提高了系統的可靠性；在一個周期內采用三個電壓矢量，能夠有效地抑制功率脈動；對有功及無功功率進行補償，減少電流諧波畸變率；采用預測功率控制，能夠實現有功以及無功功率無靜差。

技術領域

本發明涉及電氣傳動技術，特別是涉及一種基于三矢量的模型預測直接功率控制方法。

背景技術

目前，隨著電力電子技術的發展以及半導體開關器件性能的不斷提高，三相 PWM整流器已從不控整流發展到可控整流。PWM整流器采用全控型器件代替二極管或晶閘管，功率因數可調，且能量可雙向流動，實現了真正的“綠色電能變換”。由于PWM整流器網側具有受控源特性，還可應用于有源電力濾波器、靜止無功發生器、統一潮流控制器、超導儲能等領域，具有很大的研究價值。

對于三相PWM整流器的控制，國內外學者提出了許多高效的控制方法。根據控制對象的不同，可分為矢量控制(VOC)和直接功率控制(DPC)兩種。其中，直接功率控制策略因其結構、算法簡單、動態響應快，受到了國內外學者的極大關注。直接功率控制采用電壓外環與功率內環的控制結構，通過有功和無功功率滯環比較以及電網電壓矢量的位置來選擇合適的開關表，進而控制PWM整流器動作，從而使得有功功率以及無功功率跟其隨給定值，但其開關頻率不固定，輸出濾波器的設計較為復雜，且只有在較高地采樣頻率的條件下，才能達到較好的控制效果。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種開關頻率固定、便于濾波器設計以及控制效果很好的基于三矢量的模型預測直接功率控制方法。

技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的基于三矢量的模型預測直接功率控制方法，包括以下步驟：

S1：采集三相電壓型PWM整流器的對稱三相電流i_a、i_b、i_c，直流母線電壓U_dc和負載電流i_L；

S2：直流母線電壓U_dc與給定直流母線電壓U_ref的差值經PI調節器輸出，輸出值與直流母線電壓U_dc的乘積為給定有功功率p_ref；給定無功功率q_ref＝0；

S3：根據對稱三相電流i_a、i_b、i_c和三相電壓型PWM整流器的六個開關管狀態得到虛擬磁鏈ψ、有功功率p、無功功率q以及電網電壓在αβ坐標系下的分量e_α和e_β；

S4：對k時刻的有功功率p以及k時刻的無功功率q進行補償，得到k時刻的有功功率補償值以及k時刻的無功功率補償值

S5：根據系統的離散化模型，得到七個電壓矢量V₀,V₁,…,V₆所對應k+1時刻的瞬時有功功率變化率以及k+1時刻的無功功率變化率0≤n≤6；