[发明专利]一种基于单相Vienna整流器的电流预测控制方法

说明书

技术领域

本发明属于Vienna整流器领域，尤其涉及到一种基于单相Vienna整流器的电流预测控制方法。

背景技术

Vienna整流器是治理电网谐波污染、改善电能质量的有效手段，它可以降低电网中谐波含量、提高功率因素。Vienna整流器是由奥地利维也纳大学，Kolar J.W.等学者于1994年所提出的，该整流器最早用于提高通信电源的功率密度。相比与具有功率因素校正(power factor corrector，PFC)功能的传统整流器的拓扑结构，Vienna整流器拓扑结构具有相对简单的功率与控制电路、具有良好的输入电流谐波和输出电压纹波性能、有源器件应力低、效率高和功率密度高等优点，因而得到了广泛的运用。本发明对单相Vienna整流器进行研究，单相Vienna电路结构简单，开关二极管所承受的电压为直流侧电压的一半，在同等条件下能有效降低开关管电压应力。Vienna整流器的作用效果主要与Vienna拓扑结构及其控制方法有关，现今对Vienna拓扑结构的研究基本很成熟。就单相Vienna整流器电路拓扑而言其只有一个开关管，因此对单相Vienna的电流控制只需对一个开关管进行控制，本专利主要是针对单相Vienna整流器电流内环的控制策略进行研究。

目前，对于Vienna拓扑结构控制方法主要有滞环控制、基于SVPWM的PI控制、单周期控制、滑膜变结构控制器等。滞环电流控制是一种典型的非线性控制方法，它通过实时比较指令电流和检测电流得到电流误差，并将得到的电流误差信号送给预先设定环宽的滞环比较器，通过与环宽值的比较得到变换器开关器件的控制脉冲信号，滞环电流控制器具备响应快速、鲁棒性好、简单易行等优点，但它存在开关频率不固定、线路之间的电流相互影响、负载变化影响开关频率等缺点。基于SVPWM的PI控制方法反应速度慢，存在超调等缺点；单周期控制将调制技术与控制技术集一体，通过在每个开关周期内来控制输出变量的平均值与参考量之间相等或者成一定比例，来消除输出量和参考量之间的稳态和动态误差。单周期控制具响应速度快、电路结构简易行、鲁棒性好、抗电源扰动能力强等优点。

发明内容

针对上述的问题与不足，本发明提出一种基于单相Vienna整流器的电流预测控制方法，尽可能的消除控制延时所带来的误差，改善控制延时对电流控制的影响，使电网电流的3次谐波和总谐波失真问题得到有效的解决。本发明对电流控制算法的T_S(k+2)时刻的电流方程进行改善，利用二阶拉格朗日线性插值法将T_S(k+2)时刻的电流，用临近两个周期的电流表示。本发明将基于广义二阶积分器(SOGI)的锁相环运用于单相Vienna整流器中，实现电流与电压同相位，达到单位功率因素的目的，电压外环采用传统PI控制。

本发明采取的技术方案为：

一种基于单相Vienna整流器的电流预测控制方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据基尔霍夫定律及单相Vienna整流器的拓扑结构推导单相整流器的电路方程及离散状态方程；

步骤(2)：分别采集直流侧电容电压U_C1、U_C2，K时刻交流侧电流i(k)及电源电压U_s，将测得的直流侧电压U_C1、U_C2相加得到直流侧总电压U_dc，并将U_dc与直流侧总电压的参考值U_{dc_ref}相比较得到误差信号，此误差信号经PI控制器得到参考电流幅值I^*；

步骤(3)：将步骤(2)中所采集的电源电压U_s分别导入SOGI，经SOGI得到第K个采样时刻锁相环产生的交流角度信息sin(θ)，并将此角度信息sin(θ)与步骤(2)中I^*一起导入到电流预测控制器模块，得到T_S(K+1)时刻a,N两点间的平均电压

步骤(4)：采集此时的直流侧电压输出信号U_dc、平衡电容信号及步骤(3)中一起导入到PWM控制器中，得出Vienna整流器的开关信号，并将此信号送到Vienna整流器。