[发明专利]三相整流器快速模型预测控制方法

说明书

技术领域

    本发明涉及三相电压型整流器的控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域，特别涉及一种三相整流器快速模型预测控制方法。

背景技术

三相电压型整流器的模型预测控制算法通常采用循环寻优，直接输出的不定频控制方式，算法在每个控制周期内只输出一种开关状态。因此，为获得较快的响应速度和良好的控制品质，模型预测控制的控制周期一般较短。虽然模型预测控制结构简单，但在实际应用中，相对于很短的控制周期，其循环预测和寻优过程较为复杂，运算量较大，对控制器的计算性能要求较高。同时，预测和寻优过程耗时较长也不利于其它辅助控制算法的扩展，影响模型预测控制的工业化应用。另外，随着开关状态的增多，如多电平变换器、矩阵变换器等，模型预测控制算法的运行时长也随之增加，这将造成控制周期时长增加，进而影响变换器的控制效果。因此，在保证控制器响应速度和控制品质的前提下，有效缩短预测和寻优时长至关重要。为了缩短模型预测控制算法的计算耗时，有学者提出一种通过分区对模型预测控制的预测过程进行简化的方法。该方法可有效减少控制算法运行时长，提高算法的运行效率，但该算法将对模型预测控制的部分控制性能造成影响。还有学者针对级联型H桥逆变器的模型预测控制，提出了一种简化的控制算法，该算法不能应用于其它类型的变换器。

因此，有必要设计一种三相整流器快速模型预测控制方法，在保持模型预测控制电流响应速度快、控制效果好等优良控制品质的基础上，有效简化模型预测控制的计算过程，缩短算法执行时间，为辅助算法的加入及模型预测控制的工业化应用提供有力条件。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种三相整流器快速模型预测控制方法，该方法根据三相电压型整流器模型和电流参考值获得下一时刻需要的输出电压参考值；通过对模型预测控制中的价值函数进行等效变换，获得基于输出电压的价值函数表达式；最后，采用矢量分区的方法选择最优的输出电压矢量。针对三相整流器系统，本发明的简化模型预测控制方法可有效简化传统模型预测控制方法，控制算法结构简单，运算量小，计算时间显著缩短，保证了控制系统的响应速度和稳定运行。

本发明的技术方案为：三相整流器快速模型预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、检测主动前端整流器系统三相电网电压、三相输入电流和直流母线电压；(2)、将检测到的三相电网电压和三相输入电流经过3/2变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和输入电流采样值；(3)、将三相电网电压信号经过软件锁相环得到电网电压位置角；(4)、将直流母线电压参考值与步骤(1)得到的直流母线电压实际值做差，经过PI控制器得到同步旋转坐标系下d轴电流参考值，设q轴电流参考值为0，以电压位置角度为变换角对d、q轴电流参考值进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的电流参考值；(5)、将三相电压型整流器的电压模型作为预测模型，将步骤(4)中计算得到的两相静止坐标系下的电流参考值、步骤(2)中计算得到的两相静止坐标系下的电网电压和电流采样值作为预测模型的输入；(6)、通过预测模型得到能够使电流实际值跟踪电流参考值的预测输出电压。(7)、根据分区判断过程，得到最优的电压矢量对应的电压值作为输出电压；(8)、用步骤(7)得到的输出电压对应的开关位置信号作为控制功率器件的开关信号。

作为进一步的实施方式，步骤(7)中的分区判断过程为：

定义变量

                                                                                                                                    

式中：、为步骤(6)得到的预测电压。

定义以下规则：若，则A=1，否则A=0；若，则B=1，否则B=0；若，则C=1，否则C=0。则电压矢量所在区域的计算公式为

                                                            N=A+2B+4C                                                            

在确定电压矢量参考值所在区域N后，可进一步判断其范围，判断方法为