[发明专利]基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法

权利要求书

1.基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，其特征在于：建立了双级式矩阵变换器输入侧电流数学模型，提出了一种网侧电流跟踪网侧电压的闭环控制方法，将网侧电压和电流归一化，采用准PR控制器实现网侧电流的归一值跟踪网侧电压的归一值，并基于根轨迹理论分析确定准PR控制器参数，从而保证系统拥有较大的稳定裕度和稳态精度，控制器的输出作为双级式矩阵变换器输入侧电流调制矢量，从而实现网侧电压与网侧电流同相位，具体如下：

(1)采集三相网侧电压和三相网侧电流值，并分别对其进行3/2变换；

(2)分别计算出网侧相电压和电流幅值，然后将其归一化；

(3)构建网侧电流闭环控制，分别将网侧电压αβ分量归一化的值作为闭环控制的给定值，将网侧电流αβ分量归一化的值作为反馈值，从而形成电流闭环控制；

(4)建立变换器输入侧电流数学模型，根据所提控制结构写出网侧电流闭环控制框图；

(5)基于根轨迹理论分析确定出准PR控制器参数；

(6)将网侧电压αβ分量归一化的值与网侧电流αβ分量归一化的值之间的偏差分别作为两个准PR控制器的输入，准PR控制器的输出分别作为变换器输入侧电流调制矢量的αβ分量；

(7)根据(6)中得到的变换器输入侧电流调制矢量的αβ分量求出整流级输入电流调制矢量的相位角，从而实现网侧单位功率因数控制，且逆变级采用常规的电压空间矢量调制。

2.如权利要求1所述的基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，其特征在于，计算网侧相电压和电流幅值，并将其归一化，归一化的具体步骤如下：

根据3/2变换得到网侧电压和电流的αβ分量，可求得网侧电压和电流的幅值：

式中i_sh，u_sh(h∈(α，β))分别为网侧电流和电压在α，β轴下的分量；u_sm，i_sm分别为网侧相电压和电流幅值；

进而可得网侧电压和电流归一化后的值：

式中u_sh^*，i_sh^*分别为网侧电压和电流的归一值。

3.如权利要求1所述的基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，其特征在于，建立输入侧电流数学模型，写出网侧电流闭环控制框图，并基于根轨迹理论分析确定准PR控制器参数；

首先建立变换器输入侧电流数学模型：

其中R_f、L_f、C_f分别为阻尼电阻、滤波电感和电容；i_iα、i_iβ、u_sα、u_sβ分别为变换器输入侧电流和网侧电压在α，β轴下的分量；i_sαi_sβ分别表示网侧电流在α，β轴下的分量；α轴电流与β轴电流分量没有dq坐标系下的交叉耦合，实现彼此的解耦控制；

根据设计的闭环控制结构，可写出网侧电流开环传递函数：

式中T_s为采样周期，K_i为归一化传递函数；

根据系统开环传递函数可知，系统闭环传递函数为5阶系统，本发明分别以K_P、K_R和ω_c为根轨迹增益进行根轨迹分析；根据系统闭环极点的分布，在满足系统稳定性的前提下，应追求良好的动态性能，从而分析控制器参数对系统稳定性的影响，最终确定出准PR控制器参数。

4.如权利要求1所述的基于准PR控制的双级矩阵变换器网侧功率因数控制方法，其特征在于，构建网侧电流闭环，并求解变换器输入侧电流调制矢量相位；

根据权利要求2求出的网侧电压和电流的归一值，构造网侧电流闭环，可分别求出αβ分量下的偏差：

Δe_h＝u_sh^*-i_sh^*；

式中：Δe_h(h∈(α，β))分别为网侧电压和电流αβ分量归一值之间的偏差；

进而可求得变换器输入侧电流调制矢量αβ分量：

式中：K_P为比例项系数，K_R为谐振项系数，ω_c为PR控制器的截止频率，i_sα，i_sβ分别为变换器输入侧电流调制矢量αβ分量；

根据求得的输入电流调制矢量可计算出整流级电流矢量调制相位角：

θ_i＝arctan(i_iβ/i_iα)；

式中，θ_i为输入电流矢量相位角；

求出相位角后即可用于整流级的输入电流矢量调制，逆变级采用常规的输出电压矢量调制。