[发明专利]一种开关频率固定的VIENNA整流器电流预测控制方法

说明书

本发明公开了一种开关频率固定的VIENNA整流器电流预测控制方法，步骤包括：1)利用PI控制器计算整流器电流内环的参考值；2)利用电流预测模型得到下一时刻的预测电流值，确定出目标函数；3)将三相相电流的工频周期分为6个扇区，利用采样得到的三相输入电流确定出电流扇区，通过目标函数遍历该电流扇区内的所有电压矢量，得到最优电压矢量；4)令目标函数等于0，结合电流预测模型计算得到αβ坐标系下参考电压矢量及角度；5)将αβ平面进一步划分为12个小扇区，选定三个电压矢量；6)计算该三个电压矢量的作用时间；7)完成整流器输出侧中点电位的平衡；8)将矢量的作用时间转化成驱动脉冲输出到开关驱动电路，即成。本发明的方法，步骤简单，准确实现了固定开关频率的控制。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种开关频率固定的VIENNA整流器电流预测控制方法。

背景技术

VIENNA整流器具有开关管数目少、开关管所承受电压仅为母线电压的二分之一、输入电流谐波含量低以及功率因数高等优点。在电动汽车充电桩、航空航天电源、风力发电等工业领域中得到越来越广泛的应用。

应用于VIENNA整流器的有限集模型预测电流控制策略(Model PredictiveCurrent Control on Finite Control Set,FCS-MPCC)的优点主要是控制概念简单、无需调制单元、动态响应快、多变量控制及便于处理非线性约束。FCS-MPCC具备三个基本要素，即预测模型、目标函数、滚动优化获得控制律，其通过离散化整流器数学模型建立控制目标的预测模型，以此创建目标函数，实时滚动优化，通过目标函数得到最优开关状态，达到理想的控制目标。

由于采用FCS-MPCC的VIENNA整流器一个控制周期仅可输出单一的电压矢量，作用的电压矢量方向固定幅值固定，并且可选矢量数目有限等原因，其存在输入电流的THD依赖于高的采样频率、开关频率不固定等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关频率固定的VIENNA整流器电流预测控制方法，解决了现有技术中存在输入电流的THD依赖于高的采样频率、开关频率不固定的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种开关频率固定的VIENNA整流器电流预测控制方法，按照以下步骤实施：

步骤1：在一个控制周期中，对输出侧上下电容的电压进行采样，利用PI控制器计算整流器电流内环的参考值i_d^*；

步骤2：对网侧三相电压U_a,b,c及三相输入电流i_a,b,c进行采样，经过Clark坐标变换至αβ轴，利用电流预测模型得到下一时刻的预测电流值i_α(k+1)、i_β(k+1)，结合电流内环的参考值i_d^*，确定出目标函数；

步骤3：将三相相电流的工频周期分为6个扇区，每个扇区间隔60°，利用采样得到的三相输入电流i_a,b,c确定出电流扇区，通过目标函数遍历该电流扇区内的所有电压矢量，目标函数值最小的电压矢量即为最优电压矢量V_opt；

步骤4：得到最优电压矢量V_opt后，令目标函数等于0，结合电流预测模型计算得到αβ坐标系下参考电压矢量U_α^*、U_β^*，表达式如下：

式(4)中，V_αOpt(k)和V_βOpt(k)分别是k时刻最优电压矢量在αβ坐标系下α轴和β轴的分量；

通过参考电压矢量αβ轴分量计算得到参考电压矢量的角度θ，表达式是：