基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法和装置，根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk和k+1时刻复功率的预测值Sk+1，以及复功率参考值Sref；根据复功率的预测值Sk+1和复功率参考值Sref，获得参考电压矢量vref；根据参考电压矢量vref，采用固定矢量合成的PWM整流器模型预测控制实现SVPWM占空比信息，得到双矢量方法的非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；根据非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″，构建整流器每个开关管的驱动信号。因此，本发明专利技术能够同时满足无需大量枚举计算过程，基于固定矢量合成SVPWM，以及SVPWM和双矢量之间任意切换的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，特别是指一种基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法和装置。
技术介绍
在现有的PWM整流器控制策略中，模型预测控制是一种在线优化控制算法，由于概念简单，动态响应快，易于实现等优点，近些年吸引了国内外大量学者对其在电力电子领域的应用进行了研究。但是传统模型预测方案算法较为复杂，在计算最优电压矢量需要大量枚举，使得计算量大。传统的SVPWM控制上有判断矢量的扇区复杂,运算量较大的缺点,这些缺点导致了SVPWM的具体应用在一些特定的环境下会受到限制。现在SVPWM和双矢量方法是割裂独立的，导致SVPWM和双矢量切换较为复杂，需在两个不同框架下实现。为解决大量枚举问题，有学者提出了一些解决方法，但这些方法仍旧复杂，实用性不强。如文献《LowComplexityModelPredictiveControl---SingleVector-BasedApproach》以复功率共轭的负值为变量，获得最优的电压矢量使真实值与给定值之间误差最小，只需对误差矢量所在扇区进行判断。另外，SVPWM合成上，有学者提出无需扇区信息的矢量选择的概念，如文献《PredictiveDirectPowerControlforThree-PhaseGrid-ConnectedConvertersWithoutSectorInformationandVoltageVectorSelection》。目前尚没有较好的方法能够同时满足：1)无需大量枚举计算过程；2)基于固定矢量合成SVPWM；3)SVPWM和双矢量之间任意切换。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法和装置，能够同时满足无需大量枚举计算过程，基于固定矢量合成SVPWM，以及SVPWM和双矢量之间任意切换的功能。基于上述目的本专利技术提供基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法，包括步骤：根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk和k+1时刻复功率的预测值Sk+1，以及复功率参考值Sref；根据复功率的预测值Sk+1和复功率参考值Sref，获得参考电压矢量vref；根据参考电压矢量vref，采用固定矢量合成的PWM整流器模型预测控制实现SVPWM占空比信息，得到双矢量方法的非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；根据非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″，构建整流器每个开关管的驱动信号。在本专利技术的一些实施例中，通过三相/两相变换，可以得到两相静止坐标下PWM整流器的数学公式如下：e=Ri+Ldidt+v]]>其中，e是电网侧电压矢量，i是电网侧电流矢量，R是电网侧电感的电阻，L是电感值，v经过整流器交流侧输出的电压矢量；根据瞬时功率理论电网侧复功率可表示为：S=32i*e=p+jq]]>需要说明的是，上式中的S可以写为Sk，即k时刻的复功率S；对复功率Sk求导并进行离散化可得k+1时刻复功率的预测值：Sk+1=Sk+tscL(32(|ek|2-v*kek)-(R-jωL)·Sk).]]>在本专利技术的一些实施例中，根据功率无差拍原则得到参考电压矢量在本专利技术的一些实施例中，根据参考电压矢量vref，采用固定矢量V1(100)和V2(110)来合成矢量vref，得到三相初始占空比为：da=1+t1+t22]]>db=1-t1+t22]]>dc=1-t1-t22]]>最后按照空间矢量调制SVM合成的占空比为：d0=1-dmax-dmin2]]>da′=da+d0-da+db+dc3]]>db′=db+d0-da+db+dc3]]>dc′=dc+d0-da+db+dc3]]>其中，dmax和dmin为da、db、dc中的最大值和最小值；根据三相占空比da′,db′和dc′的大小关系计算得到V0′，V1′和V2′及其作用时间t0′，t1′和t2′；之后，根据获得的作用时间t0′，t1′和t2′大小关系选择所需的两个矢量即非零矢量Vx和零矢量V0′，并且得到非零矢量Vx和零矢量V0′的作用时间tx和t0″。在本专利技术的一些实施例中，根据得到的固定矢量合成SVM占空比信息da′,db′和dc′可得关系：N＝4*(da′>＝db′)+2*(db′>＝dc′)+(dc′>＝da′)同时建立表1，可得V0′，V1′和V2′及其作用时间t0′，t1′和t2′；表1根据作用时间t0′，t1′和t2′建立表2，可得非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；表2t1′+t0′＞t2′+t0′t1′+t0′≤t2′+t0′[VxV0′][V1′V0′][V2′V0′][txt0″][t1′+0.5t2′t0′+0.5t2′][t2′+0.5t1′t0′+0.5t1′]另外，本专利技术还提供了一种基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测装置，包括：预备数据获取单元，用于根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk和k+1时刻复功率的预测值Sk+1，以及复功率参考值Sref；参考电压矢量获取单元，用于根据复功率的预测值Sk+1和复功率参考值Sref，获得参考电压矢量vref；双矢量获取单元，用于根据参考电压矢量vref，采用固定矢量合成的PWM整流器模型预测控制实现SVPWM占空比信息，得到双矢量方法的非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；驱动信号构建单元，用于根据非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″，构建整流器每个开关管的驱动信号。在本专利技术的一些实施例中，预备数据获取单元包括复功率预测值获取模块和复功率参考值获取模块；其中，复功率预测值获取模块根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk，然后对复功率Sk求导并进行离散化，得到k+1时刻复功率的预测值Sk+1；其中，通过三相/两相变换，可以得到两相静止坐标下PWM整流器的数学公式如下：e=Ri+Ldidt+v]]>其中，e是电网侧电压矢量，i是电网侧电流矢量，R是电网侧电感的电阻，L是电感值，v经过整流器交流侧输出的电压矢量。根据瞬时功率理论电网侧复功率可表示为：S=32i*e=p+jq]]>需要说明的是，上式中的S可以写为Sk，即k时刻的复功率S；对复功率Sk求导并进行离散化可得k+1时刻复功率的预测值：Sk+1=Sk+tscL(32(|ek|2-v*kek)-(R-jωL)·Sk)]]>另外，复功率参考值获取模块根据外环电压PI调节器得到的功率指令pref具体表示为:其中kp和ki分别为PI调节器中的比例增益和积分增益，和Udc分别为直流母线电压参考值和直流母线电压实际值；qref设定为零，得到复功率参考值Sref＝pref+jqref。在本专利技术的一些实施例中，参考电压矢量获取单元根据功率无差拍原则得到参考电压矢量在本专利技术的一些实施例中，双矢量获取单元包括三相占空比获取模块以及双矢量计算模块。其中，三相占空比获取模块根据参考电压矢量vref，采用固定矢量V1(100)和V2(110)来合成矢量vref，得到三相占空比da′,db′和dc′；双矢量计算模块根据得到的固定矢量合成SVM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法，其特征在于，包括步骤：根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk和k+1时刻复功率的预测值Sk+1，以及复功率参考值Sref；根据复功率的预测值Sk+1和复功率参考值Sref，获得参考电压矢量vref；根据参考电压矢量vref，采用固定矢量合成的PWM整流器模型预测控制实现SVPWM占空比信息，得到双矢量方法的非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；根据非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″，构建整流器每个开关管的驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测方法，其特征在于，包括步骤：根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk和k+1时刻复功率的预测值Sk+1，以及复功率参考值Sref；根据复功率的预测值Sk+1和复功率参考值Sref，获得参考电压矢量vref；根据参考电压矢量vref，采用固定矢量合成的PWM整流器模型预测控制实现SVPWM占空比信息，得到双矢量方法的非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；根据非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″，构建整流器每个开关管的驱动信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过三相/两相变换，可以得到两相静止坐标下PWM整流器的数学公式如下：e=Ri+Ldidt+v]]>其中，e是电网侧电压矢量，i是电网侧电流矢量，R是电网侧电感的电阻，L是电感值，v经过整流器交流侧输出的电压矢量；根据瞬时功率理论电网侧复功率可表示为：S=32i*e=p+jq]]>需要说明的是，上式中的S可以写为Sk，即k时刻的复功率S；对复功率Sk求导并进行离散化可得k+1时刻复功率的预测值：Sk+1=Sk+tscL(32(|ek|2-v*kek)-(R-jωL)·Sk).]]>3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据功率无差拍原则得到参考电压矢量4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据参考电压矢量vref，采用固定矢量V1(100)和V2(110)来合成矢量vref，得到三相初始占空比为：da=1+t1+t22]]>db=1-t1+t22]]>dc=1-t1-t22]]>最后按照空间矢量调制SVM合成的占空比为：d0=1-dmax-dmin2]]>da′=da+d0-da+db+dc3]]>db′=db+d0-da+db+dc3]]>dc′=dc+d0-da+db+dc3]]>其中，dmax和dmin为da、db、dc中的最大值和最小值；根据三相占空比da′,db′和dc′的大小关系计算得到V0′，V1′和V2′及其作用时间t0′，t1′和t2′；之后，根据获得的作用时间t0′，t1′和t2′大小关系选择所需的两个矢量即非零矢量Vx和零矢量V0′，并且得到非零矢量Vx和零矢量V0′的作用时间tx和t0″。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据得到的固定矢量合成SVM占空比信息da′,db′和dc′可得关系：N＝4*(da′>＝db′)+2*(db′>＝dc′)+(dc′>＝da′)同时建立表1，可得V0′，V1′和V2′及其作用时间t0′，t1′和t2′；表1根据作用时间t0′，t1′和t2′建立表2，可得非零矢量Vx和零矢量V0′作用时间tx和t0″；表2t1′+t0′＞t2′+t0′t1′+t0′≤t2′+t0′[VxV0′][V1′V0′][V2′V0′][txt0″][t1′+0.5t2′t0′+0.5t2′][t2′+0.5t1′t0′+0.5t1′]6.一种基于固定矢量合成的PWM整流器模型预测装置，其特征在于，包括：预备数据获取单元，用于根据整流器的数学模型和瞬时功率理论，求得k时刻复功率Sk和k+1时刻复功率的预测值Sk+1，以及复功率参考值Sref；参考电压矢量获取单元，用于根据复功率的预测值Sk+1和复功率参考值Sref，...

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