[发明专利]单相PWM整流器二次纹波抑制电路的模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种单相PWM整流器二次纹波抑制电路的模型预测控制方法，包括以下步骤：首先根据锁相环得到的输入电压角度，计算下一个采样时刻的输入电流给定值、储能电容功率给定值、储能电容电流给定值；然后再根据电路的离散化数学模型计算下一个采样时刻各个开关状态对应的输入电流预测值、储能电容电流预测值、储能电容功率预测值；最后将计算得到的给定值与预测值代入目标函数，选择使目标函数取值最小的那个开关状态作为下一时刻的开关状态。该发明可以有效地将二次纹波功率存储于储能电容中，从而达到抑制输出电压纹波的目标。相比传统的SPWM或SVPWM的控制方法，本方法具有结构简单、参数设计少的优点。

技术领域

本发明涉及单相PWM整流器控制技术领域，具体涉及一种单相PWM整流器二次纹波抑制电路的模型预测控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境问题日益严重，新能源技术的研究受到越来越多的关注。在中小功率场合，单相PWM整流器被广泛的应用。但是单相整流器的输出直流电压中会含有二次纹波电压，该纹波电压不仅会给输入电流带来三次谐波，还会对负载带来不利影响，特别是在给蓄电池充电时，该纹波电压会引入额外的低频纹波电流，影响了电池性能，降低了电池寿命。

抑制单相PWM整流器二次纹波的方法可以分为无源滤波和有源滤波。无源滤波即在输出侧并联大容量电解电容或者并联LC谐振电路，但是并联大容量电解电容会增加系统体积，且电解电容寿命较短，而LC谐振电路又会增加系统的不稳定性。于是，有源滤波的方法被提出，即通过控制开关器件的通断来增加储能电容电压或储能电感电流的脉动范围，从而减小电容量或电感量。

目前，有源滤波方案大多采用SPWM或SVPWM的控制方法，但这些控制方法都至少需要4个PI调节器或PR调节器，控制过程复杂，增加了系统设计难度，降低了系统的鲁棒性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有有源滤波控制方法中的不足，提供一种单相PWM整流器二次纹波抑制电路的模型预测控制方法，该方法具有实现结构简单、参数设计少、易实现的优点。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种单相PWM整流器二次纹波抑制电路的模型预测控制方法，该二次纹波抑制电路包括6个MOS管，每2个MOS管串联后分别构成相互并联的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂构成桥式结构，二次纹波抑制电路交流输入侧由一个滤波电感的一端与第一桥臂中点相连，另一端连接输入电压，输入电压另一端连接第二桥臂中点；储能电容与另一个滤波电感构成储能支路，该储能支路的一端与第三桥臂中点相连，另一端与第二桥臂中点相连；二次纹波抑制电路输出侧为一个稳压电容与桥式结构并联，所述的模型预测控制方法包括下列步骤：

T1、将采样得到的输入交流电压经过锁相环后得到输入电压角度的正弦值，并计算下一个采样时刻的输入电流给定值、储能电容功率给定值、储能电容电流给定值；

T2、计算下一个采样时刻各个开关状态对应的输入电流预测值、储能电容电流预测值、储能电容功率预测值；

T3、将步骤T1得到的下一个采样时刻的输入电流给定值、储能电容功率给定值、储能电容电流给定值与步骤T2得到的下一个采样时刻各个开关状态对应的输入电流预测值、储能电容电流预测值、储能电容功率预测值代入目标函数，选择使目标函数取值最小的那个开关状态作为下一时刻的开关状态。

进一步地，所述的步骤T1中计算输入电流给定值的过程如下：

将输出直流电压与电压给定值的差值经过PI调节器后得到输入电流幅值的给定值，再与输入电压角度的正弦值相乘后得到输入电流瞬时值的给定值。

进一步地，所述的步骤T1中计算储能电容功率及电流给定值的过程如下：

假设整流器工作在单位功率因数情况下，则输入电压及输入电流表示为：