三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法，步骤包括：步骤1、建立三相PWM变换器预测模型，通过控制开关状态Sd,Sq实现系统电流、电压状态的控制；步骤2、确定模型预测控制器价值函数J；步骤3、最小化价值函数，并求取电压矢量作用时间T1和T2；步骤4、参数不确定条件下，计算不同电压矢量作用下的电流变化量，不同电压矢量作用下Urα,Urβ的值通过表3查询获得，采用空间矢量调制方法，实现三相PWM变换器的输入电流控制及单位功率因数要求。本发明专利技术的控制方法结构简单，能够实现参数不确定条件下三相电压型功率因数校正变换器高性能控制，准确性高。

【技术实现步骤摘要】
三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法
本专利技术属于电能变换
，涉及一种三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法。
技术介绍
现代电力电子设备，多数通过整流器与电网相联，经典的整流器是由二极管或者晶闸管组成的非线性电路，会产生大量电流谐波和无功电流，对电网造成染污。目前，电力电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。减小谐波污染的主要途径有两种：一是对电网进行谐波补偿，包括对电力系统的无源和有源滤波；二是对电力电子装置自身进行改进，包括对电力电子装置进行无源和有源功率因数校正。三相电压型功率因数校正变换器(以下简称为三相PWM变换器)是一种典型的有源功率因数校正装置，其具有两个功能：一是将三相交流电变换成直流电，并使得输出电压恒定，即实现整流；二是保持从电网获取电能的功率因数接近于1，即实现功率因数校正。模型预测控制方法，作为近年来发展快速的一种非线性控制算法，已经被成功应用于电机控制、多电平整流器及矩阵变换器等电力电子设备中，获得了良好的效果。对于三相PWM变换器，通常采用的模型预测控制的方法，基于同步旋转坐标系下的预测模型，并根据控制目标，定义一个由期望值与预测模型输出量间误差所构成的价值函数，通过最小化价值函数，在每一个采样周期预测得到最有效的电压矢量并将其作为下一个采样周期的作用矢量，实现系统的控制。然而，由于三相PWM整流器实际电路参数，例如输入滤波电感值L及输入滤波电感及电路等效电阻R(简称等效电阻)无法精确获得，且可能随着环境温度、系统运行状况等变化而变化，且输入三相电压波动等，使得预测模型输出量计算不准确，导致价值函数计算不精确，影响传统模型预测控制方法难以达到理想的控制效果，亟需更合适的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法，解决现有技术条件下变换器电感及电路等效电阻等参数不确定时，传统模型预测控制方法效果变差的问题。本专利技术所采用的技术方案，一种三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法，按照以下步骤实施：步骤1、建立三相PWM变换器预测模型，假设a,b,c三相交流电压分别为Ua,Ub,Uc；a,b,c三相滤波电感电流分别为Ia,Ib,Ic；三相滤波电感分别为La＝Lb＝Lc＝L，等效电阻为R，输出滤波电容为C，输出电容电压为Udc，负载电流为IL＝Udc/RL，得到基于三相静止abc坐标系的三相PWM变换器的动态模型，表达式如下：其中，Sa,Sb,Sc表示三相桥臂的开关函数，定义如下：将式(1)三相静止abc坐标系模型转换到同步旋转dq坐标系下，表达式为：其中，Urd＝SdUdc,Urq＝SqUdc为控制输入，ω为输入三相电压角频率，式(6)作为三相PWM变换器预测模型，通过控制开关状态Sd,Sq实现系统电流、电压状态的控制；步骤2、确定模型预测控制器价值函数J，假设在第k个采样周期开始时刻，三相PWM变换器d轴有功电流为Id(k)，q轴无功电流为Iq(k)，通过电压矢量Um作用T1时间后，d轴和q轴电流为：其中edm,eqm分别为电压矢量Um作用下d轴和q轴电流变化率，类似地，通过电压矢量Un作用T2时间及电压矢量U0作用T0时间后，即采样周期结束时刻，三相PWM变换器d轴和q轴电流变为：其中，ed0,eq0分别为电压矢量U0作用下d轴和q轴电流变化率，edn,eqn分别为电压矢量Un作用下d轴和q轴电流变化率，由此计算得到d轴和q轴期望电流与预测模型电流间误差eId,eIq为：其中Idref为d轴期望电流值，Iqref为q轴电流期望值，因此，建立电流内环鲁棒模型预测控制器价值函数J为：步骤3、最小化价值函数，并求取电压矢量作用时间T1和T2，为了在每个控制周期内最大限度的减少dq轴电流误差，所定义价值函数J应保证最小，即电压矢量作用时间T1和T2应满足如下条件：综合式(9)～式(12)，求得：步骤4、参数不确定条件下，计算不同电压矢量作用下的电流变化量，采用空间矢量调制方法，实现对三相PWM变换器输入电流控制及单位功率因数的要求。本专利技术的有益效果是，通过对预测模型添加鲁棒项，提升了系统在参数不确定条件下的鲁棒性，具体包括：1)能够实现定频模型预测控制，系统开关频率恒定，便于电路参数选择与设计，且能够推广到软开关变换器控制系统设计中；2)在预测模型参数存在不确定的情况下，能够提高三相PWM变换器的鲁棒性，实现功率因数和控制性能的提升；3)本专利技术电流环鲁棒模型预测控制器，无需控制参数整定过程，设计简单便于实现。附图说明图1是本专利技术方法使用的三相电压型功率因数校正变换器拓扑图；图2是本专利技术方法使用的三相PWM变换器三相输入电压扇区划分图；图3是本专利技术方法使用的三相PWM变换器电压矢量图；图4是SVPWM方法输出开关状态调制波形图；图5是本专利技术方法的原理框图；图6是标称参数下，采用本专利技术方法的三相PWM变换器输入三相电压及电流仿真结果；图7是参数不确定条件下，采用本专利技术方法的三相PWM变换器三相电压及电流仿真结果；图8是参数不确定条件下，采用本专利技术方法的三相PWM变换器A相输入电压、电流实验结果；图9是参数不确定条件下，采用本专利技术方法的三相PWM变换器HIOKI3197型电能质量分析仪实验结果。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行进一步的说明。本专利技术方法的控制对象为三相电压型功率因数校正变换器(简称三相PWM变换器)，是目前工业及科研中最常用的一种电路拓扑结构。本专利技术的鲁棒模型预测控制方法，按照以下步骤实施：步骤1、建立三相PWM变换器预测模型，假设a,b,c三相交流电压分别为Ua,Ub,Uc；a,b,c三相滤波电感电流分别为Ia,Ib,Ic；三相滤波电感分别为La＝Lb＝Lc＝L，等效电阻为R，输出滤波电容为C，输出电容电压为Udc，负载电流为IL＝Udc/RL，根据电路基本规律(基尔霍夫电压电流定律)得到基于三相静止abc坐标系的三相PWM变换器的动态模型，表达式如下：其中，Sa,Sb,Sc表示三相桥臂的开关函数，定义如下：将式(1)三相静止abc坐标系模型转换到同步旋转dq坐标系下，表达式为：其中，Urd＝SdUdc,Urq＝SqUdc为控制输入，ω为输入三相电压角频率，式(6)作为三相PWM变换器预测模型，通过控制开关状态Sd,Sq(即电压矢量{Sa,Sb,Sc})实现系统电流、电压状态的控制。不同三相输入电压区间所对应的开关状态表，即电压矢量表如表2所示，其中电压矢量Ui＝{Sa,Sb,Sc}(i＝m,0,n)，所对应的电压矢量作用时间分别为T1,T0,T2；通过确定表2中不同电压矢量在每个开关周期的作用时间(T0,T1,T2)，便可采用SVPWM方法实现电压矢量合成，从而实现变换器单位功率因数和输出直流电压控制。步骤2、确定模型预测控制器价值函数J，假设在第k个采样周期开始时刻，三相PWM变换器d轴有功电流为Id(k)，q轴无功电流为Iq(k)，通过电压矢量Um作用T1时间后，d轴和q轴电流为：其中edm,eqm分别为电压矢量Um作用下d轴和q轴电流变化率。类似地，通过电压矢量Un作用T2时间及电压矢量U0作用T0时间后，即采样周期结束时刻，三相PWM变换器d轴和q轴电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、建立三相PWM变换器预测模型，假设a,b,c三相交流电压分别为Ua,Ub,Uc；a,b,c三相滤波电感电流分别为Ia,Ib,Ic；三相滤波电感分别为La＝Lb＝Lc＝L，等效电阻为R，输出滤波电容为C，输出电容电压为Udc，负载电流为IL＝Udc/RL，得到基于三相静止abc坐标系的三相PWM变换器的动态模型，表达式如下：

【技术特征摘要】
1.一种三相电压型功率因数校正变换器鲁棒模型预测控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、建立三相PWM变换器预测模型，假设a,b,c三相交流电压分别为Ua,Ub,Uc；a,b,c三相滤波电感电流分别为Ia,Ib,Ic；三相滤波电感分别为La＝Lb＝Lc＝L，等效电阻为R，输出滤波电容为C，输出电容电压为Udc，负载电流为IL＝Udc/RL，得到基于三相静止abc坐标系的三相PWM变换器的动态模型，表达式如下：其中，Sa,Sb,Sc表示三相桥臂的开关函数，定义如下：将式(1)三相静止abc坐标系模型转换到同步旋转dq坐标系下，表达式为：其中，Urd＝SdUdc,Urq＝SqUdc为控制输入，ω为输入三相电压角频率，式(6)作为三相PWM变换器预测模型，通过控制开关状态Sd,Sq实现系统电流、电压状态的控制；步骤2、确定模型预测控制器价值函数J，假设在第k个采样周期开始时刻，三相PWM变换器d轴有功电流为Id(k)，q轴无功电流为Iq(k)，通过电压矢量Um作用T1时间后，d轴和q轴电流表达式为：其中edm,eqm分别为电压矢量Um作用下d轴和q轴电流变化率，类似地，通过电压矢量Un作用T2时间及电压矢量U0作用T0时间后，即采样周期结束时刻，三相PWM变换器d轴和q轴电流表达式变为：其中，ed0,eq0分别为电压矢量U0作用下d轴和q轴电流变化率，edn,eqn分别为电压矢量Un作用下d轴和q轴电流变化率，由此计算得到d轴和q轴期望电流与预测模型电流间误差eId,eIq表达式为：其中Idref为d轴期望电流值，Iqref为q轴电流期望值，因此，建立电流内环鲁棒模型预测控制器价值函数J表...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鑫，任海鹏，李洁，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61