本發(fā)明屬于電力電子電路控制領(lǐng)域，涉及一種新型兩電平PWM整流器延時(shí)補(bǔ)償控制方法，本發(fā)明可應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
兩電平PWM整流器廣泛應(yīng)用于電力開(kāi)關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器等領(lǐng)域，是一種非常重要的有源前端供電裝置。模型預(yù)測(cè)控制(ModelPredictiveControl，簡(jiǎn)稱(chēng)MPC)已經(jīng)經(jīng)歷了大約30年的發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制中(例如化學(xué)、石油等工業(yè))，該算法利用被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)可能的系統(tǒng)狀態(tài)，同時(shí)兼顧多項(xiàng)控制目標(biāo)，通過(guò)價(jià)值函數(shù)進(jìn)行全局尋優(yōu)、滾動(dòng)優(yōu)化，最終達(dá)到最優(yōu)的控制效果。但與傳統(tǒng)控制算法相比，在數(shù)字實(shí)現(xiàn)方面要求較高，對(duì)微處理器自身帶來(lái)的控制延遲較為敏感，易造成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差，穩(wěn)定性下降等問(wèn)題。因此，本發(fā)明專(zhuān)利針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種新型兩電平PWM整流器延時(shí)補(bǔ)償控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明專(zhuān)利針對(duì)AC-DC兩電平PWM變換器在數(shù)字控制過(guò)程中存在控制延時(shí)的問(wèn)題，提出了一種新型基于模型預(yù)測(cè)算法PWM整流器延時(shí)補(bǔ)償控制策略。步驟1：在k時(shí)刻，由控制系統(tǒng)對(duì)電壓、電流等物理量進(jìn)行采樣，具體包括：ABC三相電網(wǎng)電壓eA(k)、eB(k)和eC(k)，ABC三相電網(wǎng)電流iA(k)、iB(k)和iC(k)，直流母線電壓udc(k)；其中，括號(hào)內(nèi)k表示第k時(shí)刻；步驟2：求解電網(wǎng)電壓eA(k)、eB(k)和eC(k)的d、q軸分量與電網(wǎng)電流iA(k)、iB(k)和iC(k)的d、q軸分量，具體計(jì)算方法如下：式中，ed(k)和eq(k)為電網(wǎng)電壓的d、q軸分量，由于在正常供電情況下電網(wǎng)電壓的d、q軸分量是幾乎不變的，因此可認(rèn)為ed(k)等于ed，eq(k)等于eq，ed和eq分別為兩個(gè)恒定值；id(k)和iq(k)為電網(wǎng)電流的d、q軸分量；MABC/αβ為由ABC三相靜止坐標(biāo)系到αβ兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣；Mαβ/dq為由αβ兩相靜止坐標(biāo)系到dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣；具體表達(dá)式如下：式中，θ(k)為k時(shí)刻d軸與α軸的夾角；步驟3：利用兩電平PWM變換器離散模型，根據(jù)k時(shí)刻電網(wǎng)電壓與電流的d、q軸分量，以及k時(shí)刻將要通過(guò)SVPWM調(diào)制策略輸出的交流側(cè)電壓矢量d、q軸分量ud(k)、uq(k)，可以預(yù)測(cè)得到k+1時(shí)刻交流測(cè)電流預(yù)測(cè)值的d、q軸分量與括號(hào)中k+1|k表示的含義為k時(shí)刻對(duì)k+1時(shí)刻進(jìn)行預(yù)測(cè)的值，上標(biāo)pr表示預(yù)測(cè)值；其中，a＝1-(TsRg/Lg)，b＝Tsωg，c＝Ts/Lg(4)式中，Ts為IGBT開(kāi)關(guān)周期，同時(shí)也為系統(tǒng)控制周期；Lg交流側(cè)濾波電感；Rg為等效的交流側(cè)電阻，包括交流側(cè)濾波電感內(nèi)阻與由IGBT器件壓降等效的電阻；ωg為電網(wǎng)電角速度；步驟4：利用瞬時(shí)有功功率p在k時(shí)刻預(yù)測(cè)k+1時(shí)刻直流側(cè)電容電壓值具體計(jì)算方法如下：式中，RL為直流側(cè)負(fù)載電阻；C是直流側(cè)電容；其中，udc＝udc,ref+Δudc，udc為k時(shí)刻直流母線實(shí)際電壓值，udc,ref為直流電壓參考值，為恒定值，Δudc為k時(shí)刻實(shí)際直流電壓與參考電壓偏差值；將其帶入式(5)后可得對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換后其中，Ks為中間變量，Ks＝RL/udc,ref；對(duì)上式離散化后，可得k時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻直流母線電壓其中，k時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻瞬時(shí)有功功率ppr(k+1|k)為步驟5：根據(jù)外環(huán)比例積分(PI)控制器預(yù)測(cè)k+1時(shí)刻參考電流的d、q軸分量具體計(jì)算方法如下：其中，kudc,p、kudc,i分別為電壓外環(huán)PI控制器的比例項(xiàng)與積分項(xiàng)控制參數(shù)；id,ref(k)為k時(shí)刻電壓外環(huán)PI控制器計(jì)算得到參考值；udc,ref為電壓外環(huán)給定參考值，且為恒定值；qref為無(wú)功功率給定參考值，且為恒定值；步驟6：根據(jù)k時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻兩電平變流器交流測(cè)線電流d、q軸分量與預(yù)測(cè)的k+1時(shí)刻參考電流d、q軸分量求解k+1時(shí)刻交流側(cè)需合成參考電壓矢量的d、q軸分量具體計(jì)算式如下：其中，a、b、c在與式(3)中一致。步驟7：采用傳統(tǒng)七段式兩電平SVPWM調(diào)制策略，根據(jù)k-1時(shí)刻預(yù)測(cè)出的k時(shí)刻交流側(cè)參考電壓矢量的d、q軸分量合成對(duì)應(yīng)參考電壓矢量。本發(fā)明提出了一種新型兩電平PWM整流器延時(shí)補(bǔ)償控制方法，與傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償方法相比，該算法充分結(jié)合模型預(yù)測(cè)算法的優(yōu)勢(shì)，利用被控模型預(yù)測(cè)出下一時(shí)刻參考值與開(kāi)關(guān)狀態(tài)，保證當(dāng)前時(shí)刻輸出開(kāi)關(guān)狀態(tài)即為目標(biāo)狀態(tài)，消除因微控制器程序中斷帶來(lái)的延遲。附圖說(shuō)明圖1為三相兩電平PWM整流器主電路與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明專(zhuān)利所提出控制方法流程圖；具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種新型兩電平PWM整流器延遲補(bǔ)償控制方法做出詳細(xì)說(shuō)明。兩電平PWM整流器主電路及控制系統(tǒng)如圖1所示；圖中，PI表示比例積分控制器，PLL表示鎖相環(huán)部分，ABC/dq表示由ABC三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為dq軸兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換方程對(duì)應(yīng)說(shuō)明書(shū)中式(1)與式(2)。本發(fā)明專(zhuān)利所涉及的控制方法流程如圖2所示，具體流程包括如下步驟：步驟1：在k時(shí)刻，由控制系統(tǒng)對(duì)電壓、電流等物理量進(jìn)行采樣，具體包括：ABC三相電網(wǎng)電壓eA(k)、eB(k)和eC(k)，ABC三相電網(wǎng)電流iA(k)、iB(k)和iC(k)，直流母線電壓udc(k)；其中，括號(hào)內(nèi)k表示第k時(shí)刻；步驟2：求解電網(wǎng)電壓eA(k)、eB(k)和eC(k)的d、q軸分量與電網(wǎng)電流和的d、q軸分量，具體計(jì)算方法如下：式中，ed(k)和eq(k)為電網(wǎng)電壓的d、q軸分量，由于在正常供電情況下電網(wǎng)電壓的d、q軸分量是幾乎不變的，因此可認(rèn)為ed(k)等于ed，eq(k)等于eq，ed和eq分別為兩個(gè)恒定值；id(k)和iq(k)為電網(wǎng)電流的d、q軸分量；MABC/αβ為由ABC三相靜止坐標(biāo)系到αβ兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣；Mαβ/dq為由αβ兩相靜止坐標(biāo)系到dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣；具體表達(dá)式如下：式中，θ(k)為k時(shí)刻d軸與α軸的夾角；步驟3：利用兩電平PWM變換器離散模型，根據(jù)k時(shí)刻電網(wǎng)電壓與電流的d、q軸分量，以及k時(shí)刻將要通過(guò)SVPWM調(diào)制策略輸出的交流側(cè)電壓矢量d、q軸分量ud(k)、uq(k)，可以預(yù)測(cè)得到k+1時(shí)刻電流預(yù)測(cè)值的d、q軸分量與如下：括號(hào)中k+1|k表示的含義為k時(shí)刻對(duì)k+1時(shí)刻進(jìn)行預(yù)測(cè)的值，上標(biāo)pr表示預(yù)測(cè)值；其中，a＝1-(TsRg/Lg)，b＝Tsωg，c＝Ts/Lg(4)式中，Ts為IGBT開(kāi)關(guān)周期，同時(shí)也為系統(tǒng)控制周期；Lg交流側(cè)濾波電感；Rg為等效的交流側(cè)電阻，包括交流側(cè)濾波電感內(nèi)阻與由IGBT器件壓降等效的電阻；ωg為電網(wǎng)電角速度；步驟4：利用瞬時(shí)有功功率p在k時(shí)刻預(yù)測(cè)k+1時(shí)刻直流側(cè)電容電壓值具體計(jì)算方法如下：式中，RL為直流側(cè)負(fù)載電阻；C是直流側(cè)電容；其中，udc＝udc,ref+Δudc，udc為k時(shí)刻直流母線實(shí)際電壓值，udc,ref為直流電壓參考值，為恒定值，Δudc為k時(shí)刻實(shí)際直流電壓與參考電壓偏差值；將其帶入式(5)后可得對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換后其中，Ks為中間變量，Ks＝RL/udc,ref；對(duì)上式離散化后，可得k時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻直流母線電壓其中，k時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻瞬時(shí)有功功率ppr(k+1|k)為步驟5：根據(jù)外環(huán)比例積分(PI)控制器預(yù)測(cè)k+1時(shí)刻參考電流的d、q軸分量具體計(jì)算方法如下：其中，kudc,p、kudc,i分別為電壓外環(huán)PI控制器的比例項(xiàng)與積分項(xiàng)控制參數(shù)；id,ref(k)為k時(shí)刻電壓外環(huán)PI控制器計(jì)算得到參考值；udc,ref為電壓外環(huán)給定參考值，且為恒定值；qref為無(wú)功功率給定參考值，且為恒定值。步驟6：根據(jù)k時(shí)刻預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻兩電平變流器交流測(cè)線電流d、q軸分量與預(yù)測(cè)的k+1時(shí)刻參考電流d、q軸分量求解k+1時(shí)刻交流側(cè)需合成參考電壓矢量的d、q軸分量具體計(jì)算式如下：其中，a、b、c在與式(3)中一致，即為a＝1-(TsRg/Lg)，b＝Tsωg，c＝Ts/Lg。步驟7：采用傳統(tǒng)七段式兩電平SVPWM調(diào)制策略，根據(jù)k-1時(shí)刻預(yù)測(cè)出的k時(shí)刻交流側(cè)參考電壓矢量的d、q軸分量合成對(duì)應(yīng)參考電壓矢量。