[发明专利]一种三相电压源型PWM变流器的预测直接功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种三相电压源型PWM变流器的直接功率控制方法，特别是一种基于功率预测无差拍调节的直接功率控制方法。 

背景技术

随着电力电子技术的不断发展以及电力半导体开关器件性能的不断提高，三相电压源型PWM变流器早已实现了网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数，甚至能量可双向传输。由于其呈现出的受控电流源特性，三相电压源型PWM变流器取得了广泛的应用，如静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波(APF)、轻型高压直流输电(HVDC)、风能等可再生能源的并网发电等等领域。 

并网控制是三相电压源型PWM变流器控制的基本要求，其并网控制性能的优劣直接影响到PWM变流器的应用。目前，三相电压源型PWM变流器并网控制策略主要有矢量控制和直接功率控制两种。其中，矢量控制在电压或者虚拟磁链定向的基础上，通过输出电流矢量的控制，实现三相电压源型PWM变流器有功和无功的控制，电网电压矢量位置的准确获得直接关系到变流器运行性能。然而，电压定向容易受电网电压谐波和不平衡的影响；虚拟磁链定向有零漂和积分漂移问题；基于电网电压基波的锁相环(PLL)技术又存在动态性能和稳定性只能进行折中的问题。并且对于动态响应要求较高的系统，矢量控制没有很好的功率快速响应能力。如果在矢量定向的基础上，对变流器的有功和无功功率进行直接控制，这便是直接功率控制技术，它具有更快的功率响应速度，但仍依赖于矢量的定向准确度。直接功率还有一种基于功率滞环控制的直接功率控制策略，但这种控制方式开关频率不固定，难以进行输出滤波器的设计。基 于PI调节的定频虚拟磁链定向直接功率控制方式能实现定频直接功率控制，但是快速性有所降低。 

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提供一种无需电网电压矢量角度信息，并且响应速度快、开关频率恒定的三相电压源型PWM变流器的直接功率控制方法，从而提高三相电压源型PWM变流器的并网性能。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种三相电压源型PWM变流器的预测直接功率控制方法，三相电压源型PWM变流器包括检测电路、控制电路、驱动电路、直流侧电容，三相电压型PWM变流器的桥臂由两个IGBT串联组成，检测电路的输出端接入控制电路，控制电路的输出端接入驱动电路，驱动电路的六个输出端分别与三相电压型PWM变流器的六个开关器件的控制极相连，三相电压型PWM变流器的桥臂与直流侧电容并联，三相电压型PWM变流器通过输出电感和电阻连接电网，所述三相电压源型PWM变流器预测直接功率控制方法包括以下步骤： 

(a)检测并采样三相电压源型PWM变流器与电网公共连接点处的系统相电压e_a、e_b、e_c，以及交流侧电流i_a、i_b、i_c，利用CLARKE变换计算出系统电压的αβ分量e_α、e_β和交流侧电流的αβ分量i_α、i_β。同时检测采样直流侧电容电压v_dc； 

(b)、直流侧电容电压给定值v_dc^*与直流侧电容电压v_dc的差值经PI控制器得到有功功率目标值p^*，无功功率目标值q^*根据系统所需直接给定； 

(c)、根据瞬时无功功率理论，由系统电压的αβ分量e_α、e_β和交流侧电流的αβ分量i_α、i_β，计算出三相电压源型PWM变流器功率的实际输出值p、q； 

(d)、根据三相电压源型PWM变流器αβ坐标系下的离散功率方程，应用无差拍控制器和反馈补偿器得到三相PWM变流器αβ坐标系下的输出电压目标值 v_α、v_β； 

(e)、将v_α、v_β按给定频率进行SVPWM调制，得到的脉冲序列信号用于控制三相电压源型PWM变流器的开关器件，实现交直流侧功率传输的平衡，有功功率和无功功率实现了解耦控制，并且能快速响应功率的变化，并保证直流侧电容电压稳定在目标电压。 

步骤(c)所述的三相电压源型PWM变流器功率的实际输出值p、q计算表达式为：