[發明專利]一種三相電壓型PWM整流器無電壓傳感器功率預測控制方法

有效

• 申請號: 202010080005.5
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111162684B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 肖雄;武玉娟;李靜;張勇軍;張飛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M7/797
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種三相電壓型PWM整流器無電壓傳感器功率預測控制方法，其特征在于，采用滑模電壓觀測器取代傳統方法的虛擬磁鏈估計模塊，能夠在無網側電壓傳感器或者網側電壓傳感器發生故障的情況下通過對網側電壓的實時估計實現功率的預測控制；

根據瞬時功率理論得到功率預測控制的瞬時功率表達式為：

其中，i_αβ(k+1)為k+1時刻的網側電流預測值，u_αβ(k+1)為k+1時刻的電壓估計值；

所述k+1時刻的網側電流預測值i_α(k+1)、i_β(k+1)的獲取過程為：首先通過電流傳感器可得到k時刻的三相電流，經過Clarke坐標變換后得到兩相電流i_α(k)、i_β(k)，然后在整流側引入模型預測控制，根據三相電壓型PWM整流器主電路結構，由KVL定律得到三相VSR等效回路方程為：

其中u_α、u_β為電網電動勢矢量；i_α、i_β為整流器交流側電流矢量；u_gα、u_gβ為整流器輸入電壓矢量；L_S為網側濾波電抗的電感值；R_S為橋路總阻抗；

將上式離散化，可得在k+1時刻的電流預測表達式為：

其中T_S為采樣周期；

所述滑模電壓觀測器的設計包括：開關函數的選擇與滑模電壓觀測器模型的構建；滑模電壓觀測器通過網側電流i_α(k)、i_β(k)、直流側電壓u_dc和整流器開關信號S_a、S_b、S_c估計出網側電壓；

所述開關函數的選擇如下所示：

根據邊界層連續控制的層面，采用Sigmoid開關切換函數代替傳統的符號函數，削弱系統的高頻抖振，所述的Sigmoid開關切換函數表示為：

其中，χ為一個正常數，用來調節Sigmoid函數的斜率，S函數為Sigmoid開關切換函數，網側輸入電流估算的誤差定義為：及i_α、i_β為網側入電流的測量值，為網側輸入電流的估計值；

所述滑模電壓觀測器模型的構建如下所示：

根據三相VSR等效回路方程，則網側輸入電流的估計值可由以下公式得到為：

根據滑模變結構控制基本理論得到非線性系統中滑模變結構控制的數學描述為：

其中，x是狀態變量，u(x,t)為控制函數，S(x,t)是切換函數，u⁺(x,t)、u^-(x,t)、S(x,t)為連續函數；

根據三相VSR等效回路方程和滑模變結構控制的基本理論，可得動態誤差方程為：

其中，K為滑模增益系數，S函數為Sigmoid開關切換函數；

根據滑模變結構原理，當系統到達滑模面且在滑模面上運行時，滿足：

當增益K滿足系統的可達性條件時，系統將在有限時間內進入滑動模態，則電網電壓估計可以表示成：

根據李雅普洛夫穩定性原理，構造李雅普洛夫函數證明K值足夠小于負的最小值即可確保滑模觀測器收斂，與等效電阻和電感值無關；

k+1時刻的網側電壓為ω為電網電壓角頻率，如果T_S足夠小至忽略則有u_αβ(k+1)≈u_αβ(k)；

所述功率預測控制中，功率計算模塊的有功功率p和無功功率q具體控制如下：