基于模型預測和三角波比較的三相pwm整流控制方法
【技術領域】
[00011本發(fā)明涉及三相電壓型PWM整流技術，尤其涉及基于模型預測和三角波比較的三 相PffM整流控制方法。
【背景技術】
[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 到當前電力電子領域的重點關注。
[0003] 目前常見的控制策略有:滯環(huán)比較控制、模型預測控制、電流預測控制，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、電流預測控制需要增加 SVPWM或SPWM環(huán)節(jié)，算法復雜;模型預測控制分為連續(xù) 的模型預測控制和有限集模型預測控制，有限集模型預測控制雖然動態(tài)響應比較快，但不 能實現(xiàn)定頻控制，造成交流側(cè)濾波困難，而連續(xù)的模型預測控制通常需要調(diào)制器。
【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模型預測和三角波比較的三 相PffM整流控制方法。利用三角波比較控制與模型預測各自的優(yōu)點，設計新型控制方法，簡 化算法的同時，降低交流側(cè)電流諧波，同時實現(xiàn)定頻控制。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)。
[0006] 基于模型預測和三角波比較的三相P麗整流控制方法，主要步驟如下：
[0007] (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；
[0008] (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(丨&、化、化），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；
[0009] (S3)完成步驟（SI)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 ;
[0010] (S4)把三相電壓型WM整流器的數(shù)學模型從三相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)電壓進行模 型預測控制；
[0011] (S5)在兩相αβ靜止坐標系根據(jù)模型預測控制得到整流橋交流側(cè)兩相電壓(Va、V β)，并變換到三相abc靜止坐標系得到三相電壓(Va、Vb、Vc)，將變換得到的三相電壓分別除 以直流電壓參考值(Vd C_ref)然后經(jīng)過PI調(diào)節(jié)并限幅，輸出與三角波進行比較，最后輸出6 路驅(qū)動信號;其中三角波的幅值與PI限幅一致。
[0012] 進一步地，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。
[0013] 進一步地，所述步驟(S2)中，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PffM整流器直流側(cè)電容(C)兩端的輸出 直流電壓值(Vdc)。
[0014] 進一步地，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cos (wt)相乘得到參考電流i *α，參考電流幅值(I *)和s in (wt)相乘得到參考電流i *β。
[0015] 進一步地，所述步驟(S4)和(S5)中，根據(jù)(S1)、（S2)、（S3)步驟的數(shù)據(jù)在兩相αβ靜 止坐標系下進行模型預測控制，本發(fā)明所述的模型預測控制是指連續(xù)狀態(tài)的模型預測控 制，在步驟(S5)中將模型預測的輸出與三角波比較控制，從而得到三相驅(qū)動信號。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 1、算法簡單，無需SVP麗或SP麗調(diào)制單元；
[0018] 2、三相電壓型P麗整流器交流側(cè)輸入電流紋波低，系統(tǒng)可實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行；
[0019] 3、三相電壓型P麗整流器直流側(cè)輸出電壓可控，紋波小；
[0020] 4、可以實現(xiàn)定頻控制。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的基于模型預測和三角波比較的三相PWM整流控制方法框圖；
[0022]圖2是應用本發(fā)明的三相電壓型PWM整流器matlab仿真直流側(cè)輸出電壓的效果 圖；
[0023]圖3是應用本發(fā)明的三相電壓型PWM整流器matlab仿真A相交流側(cè)輸入電壓和電流 的效果圖。
【具體實施方式】
[0024]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)，均是本領域技術人員可參 照現(xiàn)有技術實現(xiàn)的。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的基于模型預測和三角波比較的三相PWM整流控制方法示意 圖，主要步驟如下：
[0026] (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；
[0027] (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(1&、化、化），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)兩端的直流電壓值(Vdc)，并轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號；
[0028] (S3)完成步驟（SI)和（S2)后，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cos (wt)相乘得到參考電流i *α，參考電流幅值(I *)和S in (wt)相乘得到參考電流i *β;
[0029] (S4)把三相電壓型WM整流器的數(shù)學模型從三相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)電壓進行 模型預測控制，具體實施如下所述：
[0030] Α)假設交流側(cè)電抗為L，線路及電抗等效電阻為R，ABC三相參數(shù)均相等，兩相靜止 坐標系(α坐標系)下開關函數(shù)定義為Sa和即，設系統(tǒng)采樣中周期為Ts。根據(jù)基爾霍夫電壓定 律得到交流側(cè)電流關系如式(1):
[0031]
(1 )
[0032]其中ia和ie為三相電抗器的輸入電流值（丨&、化、化）變換到兩