基于改進型模型預(yù)測控制的三相pwm整流的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三相電壓型PWM整流技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于改進型模型預(yù)測控制的 三相PWM整流的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大功率直流電源的需求量逐年上升，傳統(tǒng)的不控和相控大功率 電源輸入電流諧波大，功率因數(shù)低對電網(wǎng)影響較大，而且電流響應(yīng)慢無法滿足生產(chǎn)生活需 求；而三相電壓型PWM整流器能從根源上消除輸入電流諧波，且具有單位功率因數(shù)，所以受 到當(dāng)前電力電子領(lǐng)域的重點關(guān)注。
[0003]目前常見的控制策略有：滯環(huán)比較控制、模型預(yù)測控制、電流預(yù)測控制，前饋解耦 控制，但是這些控制目前仍有不足之處：簡單的滯環(huán)比較控制輸入電流紋波依然較大；而 前饋解耦控制、電流預(yù)測控制需要增加SVPWM或SPWM環(huán)節(jié)，算法復(fù)雜；傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測 控制雖然動態(tài)響應(yīng)比較快，但交流側(cè)電流諧波相對于傳統(tǒng)控制還是偏大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有控制策略的不足，本發(fā)明目的在于提供基于改進型模型預(yù)測控制的三相 PWM整流的控制方法。該方法在傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制的基礎(chǔ)上改進目標函數(shù)的設(shè)定，將 上一采樣時刻的最優(yōu)目標函數(shù)值加入到當(dāng)前采樣時刻的目標函數(shù)中，使得相鄰采樣時刻的 目標函數(shù)值相互關(guān)聯(lián)具有反饋特性，交流側(cè)電流諧波大幅度下降，控制效果更好。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：基于改進型模型預(yù)測控制的三相 PWM整流的控制方法，主要步驟如下：
[0006] (S1)利用鎖相電路得到電網(wǎng)A相電壓（ea)的過零點，DSP根據(jù)電網(wǎng)A相電壓（ea) 的過零點實時計算電網(wǎng)周期，并以此更改控制周期，同時根據(jù)電網(wǎng)A相電壓（ea)的過零點 計算電網(wǎng)三相輸入的電壓值（ea、eb、ec)，并裝換為數(shù)字信號；
[0007] (S2)利用電流霍爾傳感器分別采樣三相電抗器的輸入電流值（ia、ib、ic)，采用 分壓法采樣三相電壓型PWM整流器直流側(cè)電容（C)兩端的輸出直流電壓值（Vdc)，并轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號；
[0008] (S3)完成步驟（S1)和（S2)后，將指令直流電壓值（Vdc_ref)與輸出直流電壓值 (Vdc)的差作為電壓外環(huán)的輸入，電壓外環(huán)采用PI控制，PI控制的輸出得到參考電流的幅 值（I*)，參考電流幅值（I*)與電網(wǎng)電壓相位信息相乘得到參考電流i*a和；?*β;
[0009] (S4)把三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型從三相abc靜止坐標系變換到兩相 αβ靜止坐標系，并根據(jù)電壓外環(huán)控制得到的參考電流、三相交流側(cè)電流、三相交流側(cè)電 壓、上一采樣時刻的最優(yōu)目標函數(shù)值Kk-l)^進行有限集模型預(yù)測控制，定義k時刻為當(dāng) 前采樣時刻，k-Ι為上一采樣時刻；
[0010] (S5)根據(jù)有限集模型模型預(yù)測控制直接輸出三相開關(guān)信號Sa(k)、Sb(k)、Sc(k) 并作用于開關(guān)管。
[0011] 所述步驟（si)中，利用鎖相電路得到電網(wǎng)A相電壓（ea)的過零點時間，用DSP實 時計算電網(wǎng)的周期，同時計算電網(wǎng)輸入三相電壓的值。
[0012] 所述步驟（S2)中，利用電流霍爾傳感器分別采樣三相電抗器的輸入電流值（ia、 ib、ic)，采用電阻分壓法采樣三相電壓型PWM整流器直流側(cè)電容（C)兩端的輸出直流電壓 值（Vdc)。
[0013] 所述步驟（S3)中，將指令直流電壓值（Vdc_ref)與輸出直流電壓值（Vdc)的差進 行PI控制，PI控制輸出得到參考電流的幅值（I*)，參考電流幅值（I*)和c〇S(wt)相乘得 到參考電流i*α，參考電流幅值（I*)和sin(wt)相乘得到參考電流i*β。
[0014] 所述步驟（S4)中，根據(jù)（SI)、（S2)、（S3)步驟的數(shù)據(jù)在兩相αβ靜止坐標系下進 行有限集模型預(yù)測控制（FiniteControlSetModelPredictiveControl，F(xiàn)CS-MPC)，在 目標函數(shù)的定義中將上一采樣時刻的最優(yōu)目標函數(shù)值Kk-l)。#加入到當(dāng)前采樣時刻的目 標函數(shù)中使得相鄰采樣時刻的目標函數(shù)值相互關(guān)聯(lián)具有反饋特性。
[0015] 所述步驟（S5)中，有限集模型預(yù)測控制無需調(diào)制器直接輸出三相開關(guān)信號 Sa(k)、Sb(k)、Sc(k)并作用于開關(guān)管。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 1、無需SVPWM單元或SPWM單元；
[0018] 2、三相電壓型PWM整流器交流側(cè)輸入電流諧波低，系統(tǒng)可實現(xiàn)單位功率因數(shù)運 行；
[0019] 3、三相電壓型PWM整流器直流側(cè)輸出電壓可控，紋波??；
[0020] 4、保留傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的基于改進型模型預(yù)測控制的三相PWM整流的控制方法控制框圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明的基于改進型模型預(yù)測控制的三相PWM整流的控制方法算法流程 圖；
[0023] 圖3a~3b分別是應(yīng)用傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制和本發(fā)明的三相電壓型PWM整流 器的mat1ab仿真直流側(cè)輸出電壓的效果圖。
[0024] 圖4a~4b分別是應(yīng)用傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制和本發(fā)明的三相電壓型PWM整流 器的matlab仿真A相交流側(cè)輸入電壓電流的效果圖。
[0025] 圖5a~5b分別是應(yīng)用傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制和本發(fā)明的三相電壓型PWM整流 器的matlab仿真A相交流側(cè)輸入電流的諧波分析圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述說明，但本發(fā)明的實施方式 不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參 照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。
[0027] 如圖1~圖2所示，本發(fā)明的基于改進型模型預(yù)測控制的三相PWM整流的控制方 法控制框圖和算法流程圖，主要步驟如下：
[0028] (S1)利用鎖相電路得到電網(wǎng)A相電壓（ea)的過零點，DSP根據(jù)電網(wǎng)A相電壓（ea) 的過零點實時計算電網(wǎng)周期，并以此更改控制周期，同時根據(jù)電網(wǎng)A相電壓（ea)的過零點 計算電網(wǎng)三相輸入的電壓值（ea、eb、ec)，
[0029] 并裝換為數(shù)字信號；
[0030] (S2)利用電流霍爾傳感器分別采樣三相電抗器的輸入電流值（ia、ib、ic)，采用 分壓法采樣三相電壓型PWM整流器直流側(cè)電容（C)兩端的輸出直流電壓值（Vdc)，并轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號；
[0031] (S3)完成步驟（S1)和（S2)后，將指令直流電壓值（Vdc_ref)與輸出直流電壓值 (Vdc)的差作為電壓外環(huán)的輸入，電壓外環(huán)采用PI控制，PI控制的輸出得到參考電流的幅 值（I*)，參考電流幅值（I*)與電網(wǎng)電壓相位信息相乘得到參考電流i*a和；?*β;
[0032] (S4)根據(jù)（Sl)、（S2)、（S3)步驟的數(shù)據(jù)在兩相αβ靜止坐標系下進行有限集模 型預(yù)測控制（FiniteControlSetModelPredictiveControl，F(xiàn)CS-MPC)，在目標函數(shù)的 定義中將上一采樣時刻的最優(yōu)目標函數(shù)值入到當(dāng)前采樣時刻的目標函數(shù)中使 得相鄰采樣時刻的目標函數(shù)值相互關(guān)聯(lián)具有反饋特性，具體實施如下：
[0033] A)假設(shè)交流側(cè)電抗為L，線路及電抗等下電阻為R，ABC三相參數(shù)均相等，系統(tǒng)采樣 頻率為Ts。三相abc靜止坐標系下開關(guān)函數(shù)S定義為S=SaSbSc，每相上橋臂導(dǎo)通時Si(i =a、b、c) = 1，下橋臂導(dǎo)通時Si(i=a、b、c) = 0 ;我們可以得到開關(guān)函數(shù)S共有8種，S =[000 ;001 ;0