一种低成本的双PWM功率变换器模型预测控制方法

摘要

本发明公开了一种低成本的双PWM功率变换器模型预测控制方法，包括：根据测量的相电流和转速估算感应电机的定子、转子磁链；预测下一采样时刻逆变侧四个电压矢量对应定子磁链的绝对值、转矩，整流侧有功功率和无功功率，根据四个桥臂的开关状态预测电容电压；速度外环和母线电压外环采用比例积分调节器(PI)，调节器输出有功功率给定和电机磁链给定；通过预测值、测量值和给定值构建系统的目标函数，施加较小目标函数对应的整流和逆变侧的开关组合到功率变换器。本发明适用于低成本的双PWM变频调速系统，采用本发明所使用的最优目标函数确定方法，可以大大减少模型预测控制的预测和迭代次数，降低计算复杂度，使之能够在实际工程中实现。

主权项

一种低成本的双PWM功率变换器模型预测控制方法，其特征在于，包括：S1、分别测出三相电网电压三相电网电流三相电机电流母线电压u_d和电机转速ω；S2、在整流侧计算有功功率的给定值P*，在逆变侧计算转矩的给定值S3、通过所述母线电压u_d计算各开关状态下的电压矢量当前时刻的值；S4、通过所述电机转速ω和所述三相电机电流估算转子磁链然后计算定子磁链其计算公式如下：${\overrightarrow{\psi }}_r+{\tau }_r\frac{d{\overrightarrow{\psi }}_r}{dt}=L_m{\overrightarrow{i}}_l+{\mathrm{j\omega \tau }}_r{\overrightarrow{\psi }}_r$${\overrightarrow{\psi }}_s=\frac{L_m}{L_r}{\overrightarrow{\psi }}_r+{\mathrm{\sigma L}}_s{\overrightarrow{i}}_l$其中，τ_r＝L_r/R_r为电机转子时间常数；R_r是电机的转子电阻；L_m、L_r、L_s分别为电机定转子互感、转子电感和定子电感；σ＝1‑L_m²/L_sL_r是电机漏感系数；S5、在整流侧，预测下一采样时刻有功功率P(k＋1)和无功功率Q(k＋1)，P_N额定输出功率，在逆变侧，预测下一采样时刻所有电压矢量对应定子磁链和电磁转矩T_e(k＋1)，T_eN,是额定转矩和定子磁链；S6、设计整流侧目标函数：$J_g={[P^{*}-P{(k+1)}_i]}^2/P_N^2+{[Q^{*}-Q{(k+1)}_i]}^2/P_N^2,i\in \{1,2,3,4\}$设计逆变侧目标函数：$J_m={[T_e^{*}-T_e{(k+1)}_i]}^2/T_{eN}^2+{\lambda }_0{\left[\right|{\psi }_s^{*}|-|{\overrightarrow{\psi }}_e(k+1){|}_i]}^2/|{\psi }_{sN}{|}^2,i\in \{1,2,3,4\}$其中，λ₀表示跟踪磁链和转矩的相对重要性；当λ₀＜1时，控制策略优先跟踪转矩，当λ₀＞1时，控制策略优先跟踪磁链；S7、设计电网侧过电流约束目标函数：$J_{g\_oc}={\lambda }_{\infty }f\left(\right|{\overrightarrow{i}}_g(k+1)|>i_{g\_max})$电机侧过电流约束的目标函数：$J_{m\_oc}={\lambda }_{\infty }f\left(\right|{\overrightarrow{i}}_l(k+1)|>i_{l\_max})$电容电压漂移抑制的目标函数：J_{c_oc}＝λ_∞f(|i_g3(k＋1)‑i_l3(k＋1)|＞i_{c_max})其中，λ_∞是一个很大的值，i_{g_max}、i_{l_max}、i_{c_max}分别是电网侧、电机侧、电容部分允许流过的最大电流，f(·)是一个二进制函数，当条件正确时函数为1，条件错误时为0；设计电容电压抵消抑制、防止偏离方向的目标函数：J_{c_v}＝[v_c1(k＋1)‑v_c2(k+1)]².这里，x＝c1,c2，C是母线电容；S8、综合逆变侧总的目标函数：J_{2_m}＝J_m+J_{m_oc}整流侧总的目标函数：J_{2_g}＝J_g+λ₁·J_{c_v}+J_{g_oc}+J_{c_oc}取使得目标函数最小化的电压矢量为最优的电压矢量，施加该电压矢量对应的开关组合到每个桥臂。