[发明专利]一种双级式矩阵变换器的网侧单位功率因数控制方法

权利要求书

1.一种双级式矩阵变换器的网侧单位功率因数控制方法，其特征在于：重构网侧电流，基于最小均方根LMS(least mean square，LMS)算法实现重构的网侧电流对网侧电压的幅值跟踪，进而实现电流的闭环控制，重构网侧电流与网侧电压偏差作为积分器的输入，积分器的输出则作为整流级输入电流空间矢量调制相位角的修正值，从而补偿由系统参数对网侧功率因数的影响，具体如下：

(1)采集三相电压和一相电流值，通过锁相环锁出网侧电压相位；

(2)重构网侧电流，基于LMS算法实现重构网侧电流i_a对网侧电压幅值U_sm的跟踪，其中i_a＝Ki_sm，K的实时计算即幅值跟踪，i_sm表示网侧电流幅值；

(3)构建电流闭环控制，将一相网侧电压作为闭环控制的给定值，相对应相的重构网侧电流作为反馈值，从而形成电流闭环控制；

(4)将网侧电压与重构网侧电流之间的偏差作为积分器的输入，积分器的输出作为相位补偿角；

(5)结合(1)中求出的网侧电压相位，通过电流闭环控制输出的相位补偿角，对双级式矩阵变换器输入侧电流矢量相位进行修正，从而得出整流级输入电流矢量调制相位角，进而可以实现网侧电流相位对网侧电压相位的闭环跟踪，达到网侧单位功率因数，且逆变级采用常规的电压空间矢量调制。

2.如权利要求1所述的一种双级式矩阵变换器网侧单位功率因数控制方法，其特征在于，重构网侧电流对网侧电压幅值的跟踪，即上述K的实时计算；

通过对重构的网侧电流和网侧电压做差，寻找出其均方误差最小时所对应的权值w，权值w即上面所提的K，从而实现对网侧电压的幅值跟踪；

令重构信号y(t)为：

y(t)＝w(t)x(t)；

重构信号与期望信号的误差ε(t)为：

ε(t)＝d(t)-y(t)＝d(t)-w(t)x(t)；

对该误差取平方，则有：

ε²(t)＝d²(t)+w²(t)x²(t)-2w(t)x(t)d(t)；

对ε²(t)取数学期望，即求其均方误差，可得：

E[ε²(t)]＝E[d²(t)]+w²(t)E[x²(t)]-2w(t)E[x(t)d(t)]；

由上式可知，网侧电压和构造的网侧电流的均方误差是关于权值w(t)的二次函数，且其表示一个上凹的碗状曲面，因此存在且仅存在一个最小值，即均方误差最小值；

从数学角度分析可知，当均方误差最小时，即实现了重构信号对期望信号的最小误差跟踪；

下面要解决的就是如何找到均方误差最小时所对应的权值w(t)，采用最陡梯度下降法；梯度方向是使该函数值增大最陡的方向，梯度向量为函数值对每个变量的偏导数，因此要求函数的最小值，只需沿着梯度的负方向即可以最快的速度找到函数的最小值；

最陡梯度下降法的工作原理：首先确定一个初始的权值向量w(0)，然后沿着此函数的负梯度方向寻找下一个权值向量w(1)，其中w(1)是根据初始权值向量和权值的修正量共同确定的，以此类推，可得到权值向量的k+1时刻的表达式：

式中μ为搜索步长，其值的选取直接影响着最陡梯度下降法的稳定性和收敛速度，如果选取太大，虽能快速跟踪，但稳态误差大，会在真实幅值来回有较大波动；当μ选取太小，虽最终的稳态误差较小，但动态性较差，即搜索速度慢，跟踪性能差；

由梯度的定义可知，任何一点的梯度均可通过下式对权值进行求导的方式求得，采用均方误差梯度的估计值代替其精确值，所以梯度向量可表示为：

联立上式，可求得：

由此可得权值的自适应迭代表达式：

w(k+1)＝w(k)+2με(k)x(k)；

由上式可知，当误差信号即重构信号与期望信号之间的差值为零时，权值不再更新，即系统进入平衡状态，一旦发生由系统参数引起误差信号变化，权值能快速更新，以达到新的平衡状态，因此此算法能抵抗系统参数的变化，实现权值的自适应调整；

基于上述思想，令实际网侧电流为输入信号，重构网侧电流为重构信号，网侧电压为期望信号，并将其离散化，可得到如下表达式：

式中的K为权值w(k)，即前文提到的权值w(t)的离散形式，因此可通过幅值跟踪算法实现重构网侧电流对网侧电压的幅值跟踪，且能抵御系统参数的干扰，实现K的自适应调整。

3.如权利要求1所述的一种双级式矩阵变换器网侧单位功率因数控制方法，其特征在于，对变换器输入侧电流进行相位修正，修正角具体的求解方法如下：

Δe＝u_sa-i_a；

式中：Δe为网侧电压与重构网侧电流之间的偏差，u_sa为网侧电压瞬时值，i_a为网侧重构电流瞬时值；

式中：K_i为积分常数，Δθ为积分器输出，即相位补偿角。