双矢量模型预测直接功率控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双矢量模型预测直接功率控制方法，包括：得到在静止两相坐标上的电网侧电压信号、电网侧电流信号以及电网侧电压延迟信号；解析计算得到当前时刻有功功率瞬时值、新型无功功率瞬时值，并预测下一时刻的有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；计算得到有功功率给定值和新型无功功率给定值；经过评估函数得到最优的电压矢量；计算得到有效矢量的作用时间；由一个周期内合成的双矢量得到相应的驱动信号对开关管进行驱动；本发明专利技术还公开了一种双矢量模型预测直接功率控制装置。本发明专利技术所提供的双矢量模型预测直接功率控制方法及装置，具有无需旋转坐标变换，计算量小、容易实现、鲁棒性好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别是指一种双矢量模型预测直接功率控制方法及装置。
技术介绍
模型预测直接功率控制无需坐标旋转变换，具有算法简单、动态响应快、功率脉动小以及鲁棒性好等优点而被广泛接受。而模型预测直功率控制在理想电网下有着较为深入的研究，但在实际电网中由于负载不平衡以及电网故障等因素均会引起电网电压不对称；如果沿用传统模型预测直接功率控制的方法会使网侧电流出现大量谐波，直流母线电压和网侧功率出现二倍频波动等，严重影响系统的性能；然而没有关于模型预测直接功率控制应用到电网电压不平衡的相关报道。文献《Modeling and analysis of instantaneous active and reactive power for pwm ac/dc converter under generalized unbalanced network》把新型无功功率应用到VOC框架，但是它依然需要对电网电压和电网电流进行正负序分解；文献《Control of three-phase PWM rectifier in stationary frame under unbalanced input voltage》做了一定的改进，不需要对电网电压和电网电流进行正负序分解，但是它需要一个比例谐振器(PR)对电流进行控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种双矢量模型预测直接功率控制方法及装置，这种改进的双矢量模型预测直接功率控制既可以在理想电网下运行同时也可以在电网电压不平衡情况下良好运行。基于上述目的本专利技术提供的双矢量模型预测直接功率控制方法，包括：将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电压延迟信号；根据得到的在静止两相坐标上的电网侧电压信号和电网侧电流信号以及电网侧电压延迟信号，解析计算得到当前时刻有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；并预测下一时刻的有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；计算得到控制目标为消除有功和新型无功的二倍频波动及网侧电流正弦的有功功率给定值和新型无功功率给定值分别为传统的有功功率给定值和无功功率给定值；由下一时刻的有功功率瞬时值和新型无功功率瞬时值以及计算得到的有功功率给定值和无功功率给定值，经过评估函数得到最优的电压矢量，该电压矢量为双矢量中的有效矢量；以有功功率和新型无功功率脉动最小为控制目标计算得到有效矢量的作用时间，其余时间为零矢量作用时间；由一个周期内合成的双矢量得到相应的驱动信号对开关管进行驱动。在一些实施方式中，所述将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电压延迟信号的步骤之前还包括：利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流；所述将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电压延迟信号的步骤中：将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压信号以及电网侧电流信号，具体表达式为：eαeβ=231-12-12032-32eaebec,]]>其中，eα、eβ分别为静止α相坐标和β相坐标上的电网侧电压信号；iαiβ=231-12-12032-32iaibic,]]>其中，iα、iβ分别为静止α相坐标和β相坐标上的电网侧电流信号；进一步通过延迟1/4周期得到电网侧电压延迟信号，具体表达式为：eα′(t)=eα(t-T4)]]>eβ′(t)=eβ(t-T4),]]>其中T为一个工频周期，对于50Hz电网来说为0.02s。在一些实施方式中，所述根据得到的在静止两相坐标上的电网侧电压信号和电网侧电流信号以及电网侧电压延迟信号，解析计算得到当前时刻有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；并预测下一时刻的有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值的步骤中，有功功率瞬时值和传统无功功率瞬时值的表达式为：PQ=32iαeα+iβeβiαeα-iβeα,]]>新型无功功率瞬时值的表达式为：Qnov=32(iαe′α+iβe′β).]]>在一些实施方式中，所述计算得到控制目标为消除有功和新型无功的二倍频波动及网侧电流正弦的有功功率给定值和新型无功功率给定值分别为传统的有功功率给定值和无功功率给定值的步骤中：有功功率给定值为给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上PWM整流器直流侧电压，具体表达式为：Pref=(kp+kis)(Udcref-Udc)×Udc;]]>无功功率给定值Qref设为零。在一些实施方式中，所述评估函数为：g＝|Pref-Pk+1|+|Qref-Qnov,k+1|，其中：Pk+1=Pk+3Ts2L(|eαβk|2-Re(vαβk*eαβk))-RTsLPk-ωTsQnov,k,]]>Qnov,k+1=Qnov,k+3Ts2L(Re(eαβk*eαβk′)-Re(vαβk*eαβk′))-RTsLQnov,k+ωTsPk,]]>其中Ts表示控制周期，对于两电平变换器中的每个电压矢量通过上面两个式子可以得到相应的下一时刻(k+1时刻)有功功率瞬时值Pk+1和下一时刻(k+1时刻)新型无功功率瞬时值Qnov,k+1，进一步代入评估函数可以得到一个评估函数值；通过对所有电压矢量进行以上处理步骤，最终得到使评估函数最小的电压矢量即为最优电压矢量vopt。在一些实施方式中，以有功功率以及新型无功功率脉动最小为控制目标计算得到有效矢量的作用时间的步骤中，所述有效矢量作用时间的表达式为：top=2(Pref-Pk+1)(s1-s2)+2(Qref-Qnov,k+1)(s11-s22)2(s12+s22)+s112+s222-3(s1s2+s11s22)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在于，包括：将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电压延迟信号；根据得到的在静止两相坐标上的电网侧电压信号和电网侧电流信号以及电网侧电压延迟信号，解析计算得到当前时刻有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；并预测下一时刻的有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；计算得到控制目标为消除有功和新型无功的二倍频波动及网侧电流正弦的有功功率给定值和新型无功功率给定值分别为传统的有功功率给定值和无功功率给定值；由下一时刻的有功功率瞬时值和新型无功功率瞬时值以及计算得到的有功功率给定值和无功功率给定值，经过评估函数得到最优的电压矢量，该电压矢量为双矢量中的有效矢量；以有功功率和新型无功功率脉动最小为控制目标计算得到有效矢量的作用时间，其余时间为零矢量作用时间；由一个周期内合成的双矢量得到相应的驱动信号对开关管进行驱动。

【技术特征摘要】
1.一种双矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在于，包括：
将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压
信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电压延
迟信号；
根据得到的在静止两相坐标上的电网侧电压信号和电网侧电流信号以及
电网侧电压延迟信号，解析计算得到当前时刻有功功率瞬时值以及新型无功
功率瞬时值；并预测下一时刻的有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时值；
计算得到控制目标为消除有功和新型无功的二倍频波动及网侧电流正弦
的有功功率给定值和新型无功功率给定值分别为传统的有功功率给定值和无
功功率给定值；
由下一时刻的有功功率瞬时值和新型无功功率瞬时值以及计算得到的有
功功率给定值和无功功率给定值，经过评估函数得到最优的电压矢量，该电
压矢量为双矢量中的有效矢量；
以有功功率和新型无功功率脉动最小为控制目标计算得到有效矢量的作
用时间，其余时间为零矢量作用时间；由一个周期内合成的双矢量得到相应
的驱动信号对开关管进行驱动。
2.根据权利要求1所述的双矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在
于，所述将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧
电压信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电
压延迟信号的步骤之前还包括：
利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网
侧电压和电网电流；
所述将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧
电压信号以及电网侧电流信号；进一步通过1/4周期延迟函数得到电网侧电
压延迟信号的步骤中：
将电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电网侧电压
信号以及电网侧电流信号，具体表达式为：
eαeβ=231-12-12032-32eaebec,]]>其中，eα、eβ分别为静止α相坐标和β相
坐标上的电网侧电压信号；
iαiβ=231-12-12032-32iaibic,]]>其中，iα、iβ分别为静止α相坐标和β
相坐标上的电网侧电流信号；
进一步通过延迟1/4周期得到电网侧电压延迟信号，具体表达式为：
eα′(t)=eα(t-T4)]]>eβ′(t)=eβ(t-T4),]]>其中T为一个工频周期，对于50Hz电网来说为0.02s。
3.根据权利要求2所述的双矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在
于，所述根据得到的在静止两相坐标上的电网侧电压信号和电网侧电流信号
以及电网侧电压延迟信号，解析计算得到当前时刻有功功率瞬时值以及新型
无功功率瞬时值；并预测下一时刻的有功功率瞬时值以及新型无功功率瞬时
值的步骤中，有功功率瞬时值和传统无功功率瞬时值的表达式为：
PQ=32iαeα+iβeβiαeα-iβeα,]]>新型无功功率瞬时值的表达式为：
Qnov=32(iαe′α+iβe′β).]]>4.根据权利要求3所述的双矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在
于，所述计算得到控制目标为消除有功和新型无功的二倍频波动及网侧电流
正弦的有功功率给定值和新型无功功率给定值分别为传统的有功功率给定值
和无功功率给定值的步骤中：
有功功率给定值为给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI

\t调节器并乘上PWM整流器直流侧电压，具体表达式为：
Pref=(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永昌，曲昌琦，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11