[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

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，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。本發明在保證整流器高動態性能的情況下，對模型預測直接功率控制進行改進，采用滑模電壓觀測器取代傳統方法的虛擬磁鏈估計模塊，解決了傳統的基于虛擬磁鏈定向的三相電壓型PWM整流器直接功率控制方法由于網側電壓矢量的虛擬磁鏈觀測器中的積分器初始值選取不當，而造成的整流器無法正常工作的問題。本發明易于實現，穩定性高，魯棒性強，能夠實時估計網側電壓并濾除其高次諧波保留基波分量，降低非理想電網條件下直流母線側電壓波動，既減小了直接功率控制中的脈振又提高了系統動態響應速度。

技術領域

本發明涉及電力電子技術整流器控制領域，更具體地，涉及一種基于滑模電壓觀測器的三相電壓型PWM整流器無電壓傳感器模型預測直接功率控制方法。

背景技術

電能不論是從目前的技術發展趨勢還是從現實需求以及已有的技術條件等現實情況來看，都將成為今后重要的終端能源替代品，通過提高電氣化以及電能進行能源方式的替代已經成為目前推進終端能源替代的主要方向。在提高電能使用效率和改善電能質量上，電力電子技術有著無可替代的重要意義。

近年來，在電力電子變流系統中，三相PWM整流器具有能量雙向流通、單位功率因數運行、輸出電壓和功率可控等優點，已在工業傳動、風電系統、有源濾波等眾多領域得到廣泛應用。其中電壓型PWM整流器因結構簡單、電能損耗小、動態響應快，在PWM整流器研究領域處于主導地位。

由于功率控制無需坐標變換、空間矢量運算模塊及電流調節等繁瑣環節，算法簡單且動態性能良好而更受到研究者青睞。在功率電力電子領域，由于模型預測控制具有設計簡單、易于工程實現，尤其在處理復雜非線性系統約束型優化問題上的優勢，已成為電力電子與電力傳動應用中的一個重要分支，在整流器新型策略方面更是成為前沿研究方向。模型預測控制應用在PWM整流器上既減小了直接功率控制中的脈振又提高了系統動態響應速度，但是模型預測直接功率控制不可避免的受到網側諧波對基波矢量相位角的檢測影響及網側電壓對矢量定向控制性能的影響，而且控制動態響應慢、穩態功率脈振等問題，影響系統控制精度。并且眾多的傳感器帶來了檢測電路的復雜性和高成本，也導致了系統體積大，并降低了系統的運行可靠性。

為能夠有效的提升系統中的抵抗噪聲的效率，對于系統中出現的突發性意外情況給予一定的支撐，全面促進系統的性能與效率，無網側電壓傳感器PWM整流器受到人們越來越多的關注。

目前傳統的無電壓傳感器功率預測控制中對功率的計算一般采用純積分虛擬磁鏈觀測器和一階低通濾波器串聯，但虛擬磁鏈估計中存在直流偏置和初值等問題，容易導致輸出飽和及積分漂移，影響功率計算準確性，同時一階低通濾波器會在虛擬磁鏈估測中引入幅值和相位誤差，易引起整流器瞬時功率和交流側電流的波動，且當前控制策略大多在理想電網電壓下進行，并不能抑制電網電壓不平衡下產生的大量諧波電流，從而使系統有功功率大幅波動，嚴重時會引起系統性能急劇惡化。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于克服現有方法的不足，提供一種基于滑模電壓觀測器的三相電壓型PWM整流器無電壓傳感器模型預測直接功率控制方法。

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。

進一步地，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。