[发明专利]一种三相交流电子负载的预测控制方法

说明书

本发明公开了一种三相交流电子负载的预测控制方法，包括第一第二PWM两个控制方法，其中第一PWM控制方法包括将采样负载模拟侧的电源的电压与电流，获取输入电流参考值，通过预测模型得到下一采样间隔所有可能的输入电流，设定代价函数取使误差最小的电压矢量对应的开关状态作为下一采样间隔的开关状态。第二PWM控制方法为PI控制器得到电网侧有功功率的期望值，设定无功功率的参考值为0；对网侧电流电压进行实时采样，获得其瞬时值，预测其下一个采样周期的所有可能值，根据瞬时功率公式得到下一个采样周期的有功功率和无功功率，计算出预测功率与及其对应的期望功率的差值；取使成本函数最小的电压矢量对应的开关状态作为下一采样间隔的开关状态。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种三相交流电子负载的预测控制方法。

背景技术

由于各种交流电源设备，比如不间断电源(简称UPS)、电池、交直流电源、车载电源、通信电源、变频电源等，在投入实际应用前都要进行非常严格的检测实验，包括老化实验、动静态测试、产品的输出特性测试等。但是，使用传统负载进行测试会造成调节不便、精度差、稳定性差、极大的能源浪费等问题。为了解决以上问题，一般都采用能馈型电子负载。如图1所示，三相半桥三相交流电子负载的拓扑结构为两个背靠背的PWM整流器，前级PWM整流器为负载模拟侧，其中包括由VT1-VT6组成的三相IGBT桥、滤波电感L1以及等效电阻R1，根据PWM整流器的四象限工作特性来实现对不同性质的负载的模拟；后级PWM整流器为能量回馈侧，其中包括由VT7-VT12组成的三相IGBT桥、滤波电感L2以及等效电阻R2，根据PWM整流器的单位功率因数并网特性，将测试过程产生的能量回馈给电网；中间用直流母线电容连接，用于控制器的解耦和抑制直流侧的电压谐波，实现两级之间的能量的传输。因此负载模拟侧的控制目标是控制输入电流追踪设定值，从而实现对各种特性负载的模拟，因此负载模拟侧采取直接电流控制。能量回馈侧的控制目标包括控制直流母线电压的恒定以及后级单位功率因数并网，因此采取功率控制，在稳定直流母线电压的同时控制输入无功功率来实现控制目的。

从上可以看出负载模拟侧和能量回馈侧中的电流环的设计会在一定程度上影响电子负载模拟负载的响应速度以及准确度，并且前后级控制器需要进行解耦。传统的电流的控制策略有PI控制器、滞环控制器、谐振控制器和PI+重复控制等。但传统的PI控制带宽有限，跟踪精度不高；采用滞环控制器时控制系统频率带宽对其控制策略产生影响，使得其跟踪性能受到影响；传统的PI+重复控制虽可以一定程度上抑制谐波，但PI+重复控制器因重复控制固有的延时环节Z-N，使得其响应速度具有一个周期的延时。

针对上段陈述的技术问题，现有技术，申请号为202011095231，发明名称为：三相交流电子负载的重复控制方法，采用重复控制器，将内模换成偶次谐波内模和奇次谐波内模并联。双模重复控制中含有奇次谐波和偶次谐波的内模，且在形同的重复控制增益下对于偶次谐波的增益和奇次谐波的增益是传统重复控制的两倍。由于双模控制中奇次谐波和偶次谐波内模的控制器增益是分开控制的，这就意味着可实现对于奇次谐波以及偶次谐波的分别控制。但是存在的问题是：重复控制对系统参数变化非常敏感，并且其动态性能较差，控制算法也比较复杂。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明提供一种能提高控制的响应速度、控制策略简单并且不需要前后级控制器解耦的三相交流电子负载的预测控制方法。本控制方法应用于交流电子负载的控制算法大都比较复杂，预测控制控制算法简单，且具有较好的动态性能，在更简单的控制器下可以获得较为理想的控制效果。

2.技术方案：

一种三相交流电子负载的预测控制方法，所述三相交流电子负载为包括具有第一PWM整流器的前级的负载模拟器和具有第二PWM整流器的后级的能量回馈器；所述负载模拟器的第一PWM整流器与能量回馈器的第二PWM整流器中间通过直流母线电容背靠背相连；其特征在于：所述的第一PWM整流器和所述的第二PWM整流器采用各自独立的控制方法；其中第一PWM整流器控制方法包括以下步骤：