一种新型两电平PWM整流器延时补偿控制方法

摘要

两电平PWM整流器广泛应用于电力开关电源、电机驱动变频器等领域，是一种非常重要的有源前端供电装置。当模型预测算法与两电平PWM整流器数字控制相结合时，存在着如对数字控制延迟较为敏感，稳定性下降等一系列问题，本发明提出了一种新型两电平PWM整流器延时补偿控制方法。与传统延时补偿方法相比，本发明充分结合模型预测算法的优势，利用被控模型预测出下一时刻参考值与开关状态，保证当前时刻输出开关状态即为目标状态，消除因微控制器程序中断带来的延迟。

主权项

一种新型两电平PWM整流器延时补偿控制方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：在k时刻，由控制系统对电压、电流等物理量进行采样，具体包括：ABC三相电网电压e_A(k)、e_B(k)和e_C(k)，ABC三相电网电流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)，直流母线电压u_dc(k)；其中，括号内k表示第k时刻；步骤2：求解电网电压e_A(k)、e_B(k)和e_C(k)的d、q轴分量与电网电流i_A(k)、i_B(k)和i_C(k)的d、q轴分量，具体计算方法如下：式中，e_d(k)和e_q(k)为电网电压的d、q轴分量，由于在正常供电情况下电网电压的d、q轴分量是几乎不变的，因此可认为e_d(k)等于e_d，e_q(k)等于e_q，e_d和e_q分别为两个恒定值；i_d(k)和i_q(k)为电网电流的d、q轴分量；M_ABC/αβ为由ABC三相静止坐标系到αβ两相静止坐标系的变换矩阵；M_αβ/dq为由αβ两相静止坐标系到dq两相旋转坐标系的变换矩阵；具体表达式如下：式中，θ(k)为k时刻d轴与α轴的夹角；步骤3：利用两电平PWM变换器离散模型，根据k时刻电网电压与电流的d、q轴分量，以及k时刻将要通过SVPWM调制策略输出的交流侧电压矢量d、q轴分量u_d(k)、u_q(k)，可以预测得到k+1时刻交流测电流预测值的d、q轴分量与括号中k+1|k表示的含义为k时刻对k+1时刻进行预测的值，上标pr表示预测值；上式中a＝1‑(T_sR_g/L_g)，b＝T_sω_g，c＝T_s/L_g式中，T_s为IGBT开关周期，同时也为系统控制周期；L_g交流侧滤波电感；R_g为等效的交流侧电阻，包括交流侧滤波电感内阻与由IGBT器件压降等效的电阻；ω_g为电网电角速度；步骤4：利用瞬时有功功率p在k时刻预测k+1时刻直流侧电容电压值步骤5：根据外环比例积分(PI)控制器预测k+1时刻参考电流的d、q轴分量具体计算方法如下：其中，k_udc，p、k_udc，i分别为电压外环PI控制器的比例项与积分项控制参数；i_d，ref(k)为k时刻电压外环PI控制器计算得到参考值；u_dc，ref为电压外环给定参考值，且为恒定值；q_ref为无功功率给定参考值，且为恒定值；步骤6：根据k时刻预测得到的k+1时刻两电平变流器交流测线电流d、q轴分量与预测的k+1时刻参考电流d、q轴分量求解k+1时刻交流侧需合成参考电压矢量的d、q轴分量具体计算式如下：其中，a＝1‑(T_sR_g/L_g)，b＝T_sω_g，c＝T_s/L_g；步骤7：采用传统七段式两电平SVPWM调制策略，根据k‑1时刻预测出的k时刻交流侧参考电压矢量的d、q轴分量合成对应参考电压矢量。