[發明專利]一種單相PWM整流器電壓外環預測控制方法、裝置和單相PWM整流器

在審

• 申請號: 202111646909.0
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114337338A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 譚國俊;張旭;吳翔;張偉鋒
• 申請（專利權）人: 徐州中礦大傳動與自動化有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/088
• 代理公司: 徐州先卓知識產權代理事務所(普通合伙) 32555
• 代理人: 陳俊杰

本發明公開了一種單相PWM整流器電壓外環預測控制方法、裝置和單相PWM整流器，該方法包括：采集k時刻單相NPC三電平PWM整流器的狀態信息，所述狀態信息包括，網側電流、網側電壓及直流側電流；根據單相NPC三電平PWM整流器的狀態信息，獲取單相NPC三電平PWM整流器的電位同步信號；在電位同步信號下，構建單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型；基于單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型，預測出k+1時刻單相NPC三電平PWM整流器的功率和電流的參考值。該控制方法動態響應快，穩態性能好，物理意義明確，易于參數設計。

技術領域

本發明屬于電力電子領域，尤其涉及一種單相PWM整流器電壓外環預測控制方法、裝置和單相PWM整流器。

背景技術

單相NPC三電平PWM整流器是可再生能源等應用中的關鍵設備，例如高速鐵路電氣牽引系統?？蓪崿F電能的雙向流動，在交流和直流輸出端之間保持高功率因數和較小的電流畸變。目前電壓外環普遍采用PI控制器獲得參考功率或者參考電流，對于內環采用預測控制等控制策略時，外環參數設計缺乏理論依據，導致參數設計困難。

因此，對于單相NPC三電平PWM整流器電壓外環控制方法研究具有重要意義。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺點，本發明提供了一種單相NPC三電平PWM整流器電壓外環預測控制方法、裝置和單相PWM整流器，其可有效實現物理意義明確的外環設計方法，實現單相NPC三電平PWM整流器電壓外環預測控制。

第一方面，本發明提供的單相NPC三電平PWM整流器電壓外環預測控制方法，該方法包括：采集k時刻單相NPC三電平PWM整流器的狀態信息，所述狀態信息包括，網側電流、網側電壓及直流側電流；根據單相NPC三電平PWM整流器的狀態信息，獲取單相NPC三電平PWM整流器的電位同步信號；在電位同步信號下，構建單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型；基于單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型，預測出k+1時刻單相NPC三電平PWM整流器的功率和電流的參考值。

優選的，所述根據單相NPC三電平PWM整流器的狀態信息，獲取單相NPC三電平PWM整流器的電位同步信號，包括：

根據單相NPC三電平PWM整流器的狀態信息，采用二階廣義積分器構建出正交信號；

建立正交信號和網側電壓之間的傳遞函數；

根據傳遞函數得出正交信號；

正交信號通過PLL得到網側電壓的電位同步信號。

優選的，所述在電位同步信號下，構建單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型，包括：根據瞬時功率理論，定義出兩相旋轉坐標系下的瞬時有功功率和無功功率；通過鎖相環將電網電壓u_m固定在d軸上，得出有功功率和無功功率的值與；建立電網電流與兩相旋轉坐標系中電流d軸和q軸分量的關系；根據得出的有功功率和無功功率值與兩相旋轉坐標系中電流d軸和q軸分量的關系，換算得出單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型。

優選的，所述單相NPC三電平PWM整流器功率和電流的數學模型為：

其中，所述p_g為有功功率值，q_g為無功功率值，u_d為d軸電壓分量。