本申请提供了一种基于改进功率差分的脉冲宽度调制(PWM)整流器无模型预测功率控制方法，包括如下步骤：步骤A:在无模型参数的情况下，提出改进的功率差分，并储存20个电压矢量下的改进功率差分信息；步骤B:根据超局部模型，结合得到的改进功率差分信息，在线估计增益α和系统动态部分F，预测k+2时刻的功率，采用代价函数实现对功率的跟踪控制。相比传统的MPC需要模型参数，本发明专利技术的基于改进功率差分的MFPPC不受参数变化的影响，鲁棒性强；相比传统MFPCC只能实现电流控制，本发明专利技术可以在无模型的情况实现功率控制，效果良好；本发明专利技术可以在非理想电网的情况实现功率控制，实用性强。实用性强。实用性强。
【技术实现步骤摘要】
基于改进功率差分的PWM整流器无模型预测功率控制方法
[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别是指基于改进功率差分的PWM整流器无模型预测功率控制方法及装置。
技术介绍
[0002]脉冲宽度调制(PWM)整流器因其功率再生能力强、输入电流谐波低、功率因数高等优点而广泛应用于工业应用。近些年基于模型的预测控制(MBPC)方法由于可以实现PWM整流器的高质量功率调节被广泛研究应用，然而由于对系统模型的依赖性，参数不匹配会导致性能恶化。为了提高MBPC的参数鲁棒性，学者们提出了各种控制策略，如引入自适应控制、无模型控制(MFC)等。
[0003]基于电流差分的无模型预测电流控制(MFPCC)是一种流行的控制方法，MFPCC方法只使用定子电流与过去电流的差值来实现电流预测，而不使用电机参数。但是，由于需要在每个采样周期内采样两次，该方法目前存在停滞更新的问题。到目前为止，现有论文中的无模型控制方法大多是基于电流控制的，不能直接用于功率控制。
技术实现思路
[0004]基于上述背景和目的，本专利技术提出一种基于改进功率差分的无模型功率预测控制方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下，其步骤包括：
[0006]步骤1：根据两相静止坐标系下PWM整流器的数学模型，网侧电流的导数为：
[0007][0008]其中e，i和v表示电网电压复矢量，电网电流复矢量和变换器侧端电压复矢量表示网侧电感和电流。根据瞬时功率理论，可以将网侧功率复矢量S的导数表示为：
[0009][0010]其中*为共轭函数。对其进行离散化，并进行数字控制系统中的延迟，对电网电压和电流进行一拍延迟补偿：
[0011]e
k+1
＝e
jωTsc
e
k
≈(1+jωT
sc
)e
k
[0012][0013]其中ω为电网电压角频率，T
sc
为采样周期。可以得到k+2时刻的功率预测值为：
[0014][0015]其中
[0016]步骤2：根据步骤1可知，系统模型很大程度上取决于电感参数的准确性。系统波动和电感参数的不准确增加电流纹波并降低系统的鲁棒性。为了提高鲁棒性可以通过功率差分进行预测，不需要任何系统参数。结合一拍延时补偿，k+2时刻的功率预测值为：
[0017]S
k+2
＝S
k+1
+ΔS
k+1
|v
k+1
[0018]其中基本的功率差分为
[0019]然而，采用传统方法得到功率差分进行预测功率控制，不能实现稳定的控制目标，因为复功率不仅与施加的电压矢量相关，还与电网电压相关。
[0020]步骤3：本专利技术定义一种改进的功率差分：
[0021]ΔS
e
＝ΔS/e
[0022]将得到改进功率差分为：
[0023][0024]储存8个基本电压矢量下的功率差分信息如图1所示，从而得到基本MFPPC的预测功率为：
[0025][0026]步骤5：虽然步骤4所提出的基本MFPPC实现了精确的功率控制，但在有功功率中仍存在不规则的峰值，这与存储改进后的功率差分表的更新频率有关。为了解决所提出的基本MFPPC方法中的更新停滞问题，本专利技术提出了一种改进的快速功率差分更新的MFPPC方法。将超局部模型与改进功率差分思想相结合，有效地避免了PWM整流器参数不准确的影响和外部干扰对控制性能的影响。
[0027]PWM整流器作为一阶系统，可以定义为超局部模型表示为：
[0028][0029]其中F代表系统的未知部分和可能的干扰，α是输入变量权重系数，并且可以表示为：
[0030][0031]其中ω为电网电压角频率。
[0032]步骤6：根据步骤5可知F和α仍然需要系统的参数，为了消除系统参数的影响，通过功率差分信息计算增益系数和动态部分。重新构建PWM整流器的超局部模型：
[0033][0034][0035]由于采样频率较高假设F
k
＝F
k
‑1，可以求出系统的增益和动态部分：
[0036][0037][0038]储存20个电压矢量而不是基本的8个电压矢量下的改进功率差分，如图2所示，得到k+2时刻的功率预测值：
[0039]S
k+2
＝S
k+1
+(F+αv
k+1
)e
k+1
[0040]步骤7：通过代价函数，选出最优电压矢量实现对功率的跟踪控制。
[0041]G＝|S
ref
‑
S
k+2
|
[0042]其中功率参考值由直流母线电压经过PI得到。同时可以将本专利技术应用在电网不平衡的工况下，仅需对其功率参考值进行补偿即可。
[0043]本专利技术具有如下特点和优势：相比传统的MPC需要模型参数，本专利技术的基于改进功率差分的MFPPC对参数的变化无影响，鲁棒性强；相比传统MFPCC只能实现电流控制，本专利技术可以在无模型的情况实现功率控制，效果良好；本专利技术可以在非理想电网的情况实现功率控制，实用性强。
附图说明
[0044]图1示出了根据一些实施例的储存8个基本电压矢量下的功率差分信息。
[0045]图2示出了储存20个电压矢量而不是基本的8个电压矢量下的改进功率差分信息。
[0046]图3是PWM整流器的扩展电压矢量图。
[0047]图4是不平衡电网下PWM整流器基于改进功率差分的无模型预测电流控制框图。
[0048]图5a至图5c是系统参数电感L从1
‑
>0.75
‑
>1
‑
>1.25的规律变化时的实验结果：图5a：传统MPPC；图5b：基础MFPPC；图5c：改进MFPPC。
[0049]图6a和图6b是PWM整流器改进MFPPC的动态实验结果：图6a：功率阶跃：有功功率从600W阶跃到1000W；图6b：突加载：母线电压保持在300V，突然增加100Ω的负载电阻。
[0050]图7是A相电压突然下降40％时，PWM整流器采用改进MFPPC的实验结果。
具体实施方式
[0051]下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0052]本专利技术提供了一种基于改进功率差分的无模型参数预测功率控制(MFPPC)方法进行控制，解决了传统模型预测控制进行功率控制时，系统鲁棒性差，依赖于系统模型与参数
精度。传统无模型预测电流控制(MFPCC)有较强参数鲁棒性，但由于功率与变换器电压关系复杂，MFPCC原理不能直接应用于功率控制。本专利技术将MFPCC原理扩展到功率控制，提出一种改进的超局部模型，通过过去控制周期的电网电压和电流更新改进的复功率，在每个控制周期内估计和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于改进功率差分的脉冲宽度调制(PWM)整流器无模型预测功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A:在无模型参数的情况下，提出改进的功率差分，并储存20个电压矢量下的改进功率差分信息；步骤B:根据超局部模型，结合得到的改进功率差分信息，在线估计增益α和系统动态部分F，预测k+2时刻的功率，采用代价函数实现对功率的跟踪控制。2.根据权利要求1所述的基于改进功率差分的脉冲宽度调制整流器无模型预测功率控制方法，其特征在于，所述步骤A包括：根据脉冲宽度调制整流器的数学模型和公式，计算改进的功率差分ΔS
e
＝ΔS/e，储存20个扩展电压矢量下的改进功率差分为：3.根据权利要求1所述的基于改进功率差分的脉冲宽度调制整流器无模型预测功率控制方法，其特征在于，所述步骤B包括：结合得到的改进功率差分，得到超...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永昌，屈祈延，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：
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