[发明专利]一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法及其装置

说明书

本发明公开了一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法及其装置，该方法通过各个电压矢量对应的代价函数选择出代价函数最小对应的相邻两个电压矢量，并计算选择的代价函数对应的执行时间以及零矢量的执行时间，再根据选择的电压矢量对应的执行时间与0的大小按照调整规则对选择的电压矢量及其执行时间进行更新调整，使得调整后的电压矢量及其执行时间不存在小于0的情况。本发明可以快速选择新电压矢量并计算其矢量的执行时间，获得优良的功率控制效果，改善控制中的功率脉动，进一步提高系统的控制性能。

技术领域

本发明属于整流器控制技术领域，具体涉及一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法及其装置。

背景技术

PWM整流器具有功率因素可调、直流母线电压可调、能量可双向流动、电流正弦度好等优点，被广泛用于新能源发电、高精度直流电源场合下。目前，PWM整流器常用的控制方法有：电网电压矢量控制和直接功率控制。其中电网电压矢量控制利用电压电流双闭环控制实现有功功率和无功功率的调节，然而对于性能要求高、响应速度快场合下，传统的PI线性调节方式，难以满足其动态性能要求；直接功率控制方法，通过开关表直接选择选择电压矢量，该方法虽然具有快速的响应特性，然而这种单矢量控制方式存在稳态功率波动大，开关频率不稳定的问题，通过增加开关频率的方法，虽然可以进一步提高性能，但对系统的散热系统造成严重考验。

近年来，随着处理器性能的提升，模型预测控制已经被成功用于电机驱动与三相PWM整流器中。通过设计低功率或电流波动的代价函数，可直接选择电压矢量，实现直接功率或电流控制，具体结构简单，操作方便，动态性能良好的优点。其中，基于无差拍控制下PWM整流器由于优良动静态性能，固定开关频率等优点，成为研究的热点。但是，在不同的扇区下其不同电压矢量作用所造成的功率变化率是不同的，因此在扇区切换的极短时间内，会频繁出现计算得到的电压矢量的执行时间小于0的情形，这并非最优的矢量选择结果，如果对其不作调整，将会引起功率的波动，使电流畸变增加，对系统性能造成严重的影响。再通过返回重新选择电压矢量的方法，需要重新计算该电压矢量下的功率变化率和矢量执行时间，这会增加系统程序的计算量。

发明内容

本发明的目的是提供一种更加简单有效的方法，可以快速选择新电压矢量并计算其矢量的执行时间，获得优良的功率控制效果，改善控制中的功率脉动，进一步提高系统的控制性能。

一方面，本发明提供的一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法，包括如下步骤：

S1：根据当前采样时刻的电网电压、电网电流计算出瞬时功率；

S2：基于瞬时功率和预设的参考功率计算非零的电压矢量对应的代价函数，并选择代价函数最小时的两个相邻电压矢量，S2中的电压矢量不为零矢量；

其中，代价函数的计算公式如下：

(i＝1,2...5)或者(i＝6)式中，g表示电压矢量V_i对应的代价函数，J_i、J_i+1、J₁分别表示选择电压矢量V_i、电压矢量V_i+1、电压矢量V₁时，参考功率与下一采样时刻的预测功率之间的误差；所述预测功率是根据当前采样时刻的瞬时功率计算的；

其中，代价函数最小时的i介于1至5时，选择的两个相邻电压矢量分别为V_i、V_i+1，代价函数最小时i为6时，选择的两个相邻电压矢量分别为V₆、V₁；

S3：基于无差拍控制原理根据瞬时功率、参考功率计算出步骤S2选择的电压矢量的执行时间以及零矢量的执行时间；

S4：基于步骤S3计算出的电压矢量的执行时间对当前选择的电压矢量以及相应执行时间进行调整，再基于调整后的电压矢量和执行时间得到PWM开关管控制信号并控制；