一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法技术

一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立三相电网不平衡条件下考虑6功率参数的三相PWM变换器鲁棒功率预测模型；步骤2，基于步骤1所建立鲁棒功率预测模型，预测下一控制周期的三相PWM变换器功率值；步骤3，定义价值函数，通过最小化价值函数求取下一控制周期最优电压矢量作用时间；步骤4，基于空间矢量脉冲宽度调制方法，生成下一个控制周期三相PWM变换器开关状态；本发明专利技术方法具有能够实现三相电网不平衡条件下6功率分量控制，对于电路电感及电路等效电阻参数不确定具有强鲁棒性，控制效果好等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及电能变换
，特别涉及一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]三相PWM变换器，被广泛应用于大功率工业供电电源、电力系统输/变电装置、电机调速、新能源发电系统、新能源汽车充/放电系统等领域。对于三相PWM变换器，其主要功能包括：一、将实现三相交流电与两相直流电的变换；二、实现直流电或三相交流电电压、电流控制。
[0003]三相电网电压不平衡是电网中的常见问题，即三相PWM变换器输入三相电压幅值不一致或三相电压之间相位差不是精确的120度。三相电网电压不平衡将会引起三相PWM变换器输入电流畸变，输出直流电压波动等问题，因此造成基于三相PWM变换器的用电设备出现异常发热甚至损坏，对电网造成大量谐波干扰，性能下降等。因此研究针对三相PWM变换器三相电网电压不平衡下的控制策略，对于提升设备运行稳定性，控制性能，降低谐波干扰并提升系统效率具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]为克服电网不平衡条件下三相PWM变换器现有控制技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法，该方法通过建立三相电网电压不平衡条件下的三相PWM变换器六功率参数预测模型，运用模型预测控制方法实现六功率参数的综合控制。同时，针对模型预测控制方法当电路参数不确定时预测输出不准确问题，通过对于预测模型添加鲁棒项实现系统参数不确定条件下鲁棒性的提升。相较于传统控制方法，本专利技术方法中三相电网电压不平衡条件下六功率参数的综合考虑及系统预测模型鲁棒项的添加，提升了三相电网电压不平衡条件下三相PWM变换器控制性能的提升。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤1，建立三相电网不平衡条件下考虑六功率参数的三相PWM变换器鲁棒功率预测模型；
[0007]步骤2，基于步骤1的鲁棒功率预测模型，预测下一控制周期的三相PWM变换器功率值；
[0008]步骤3，定义价值函数并通过最小化价值函数求取下一控制周期最优电压矢量作用时间；
[0009]步骤4，基于空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)方法，生成下一个控制周期三相PWM变换器开关状态。
[0010]所述的步骤1，具体做法是：
[0011]建立三相电网不平衡条件下考虑六功率参数的三相PWM变换器鲁棒功率预测模型
为：
[0012][0013]其中，P为三相PWM变换器平均有功功率分量，P
c2
为三相PWM变换器余弦二次有功功率分量，P
s2
为三相PWM变换器正弦二次有功功率分量，Q为三相PWM变换器平均无功功率分量，Q
c2
为三相PWM变换器余弦二次无功功率分量，Q
s2
为三相PWM变换器正弦二次无功功率分量；分别为以上功率分量(P,P
c2
,P
s2
,Q,Q
c2
,Q
s2
)的导数；分别表示三相PWM变换器三相输入电压U
a
,U
b
,U
c
在两相静止(αβ)坐标系下的正序分量，分别表示三相PWM变换器三相输入电压U
a
,U
b
,U
c
在两相静止(αβ)坐标系下的负序分量，分别表示三相PWM变换器三相输入电流I
a
,I
b
,I
c
在两相静止(αβ)坐标系下的正序分量，分别表示三相PWM变换器三相输入电流I
a
,I
b
,I
c
在两相静止(αβ)坐标系下的负序分量；为三相PWM变换器电路等效电阻估计值，为三相PWM变换器输入滤波电感估计值；ω＝2πf为三相PWM变换器输入三相交流电压角频率，f为输入三相交流电压频率；U
rα
＝S
α
U
dc
，U
rβ
＝S
β
U
dc
为控制分量，S
α
，S
β
分别为三相PWM变换器三相桥臂开关状态S
a
，S
b
，S
c
在两相静止(αβ)坐标系下的开关分量，三相桥臂开关状态S
a
，S
b
，S
c
定义为S
i
＝1(i＝a,b,c)表明i桥臂上开关管闭合，下开关管断开，S
i
＝0(i＝a,b,c)表明i桥臂上开关管断开，下开关管闭合；k
p
,k
pc
,k
ps
,k
q
,k
qc
,k
qs
分别为不同功率分量计算式的鲁棒项增益，tanh()为双曲正切函数，S
p
,S
pc
,S
ps
,S
q
,S
qc
,S
qs
分别为针对不同功率分量定义的滑模面，φ1，φ2，φ3，φ4，φ5，φ6分别为滑模面S
p
,S
pc
,S
ps
,S
q
,S
qc
,S
qs
的宽度，
[0014]公式(1)中，不同功率分量计算式中鲁棒项增益k
p
,k
pc
,k
ps
,k
q
,k
qc
,k
qs
定义为：
[0015][0016]其中，为三相PWM变换器电路等效电阻变化范围，为三相PWM变换器输入滤波电感变化范围，||为取绝对值操作；
[0017]公式(1)中，滑模面S
p
,S
pc
,S
ps
,S
q
,S
qc
,S
qs
定义为：
[0018][0019]其中，P
r
为三相PWM变换器平均有功功率分量P的期望值，P
c2r
＝0为三相PWM变换器余弦二次有功功率分量P
c2
的期望值，P
s2r
＝0为三相PWM变换器正弦二次有功功率分量P
s2
的期望值，Q
r
＝0为三相PWM变换器平均无功功率分量Q的期望值，Q
c2r
＝0为三相PWM变换器余弦二次无功功率分量Q
c2
的期望值，Q
s2r
＝0为三相PWM变换器正弦二次无功功率分量Q
s2
的期望值；
[0020]滑模面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立三相电网不平衡条件下考虑六功率参数的三相PWM变换器鲁棒功率预测模型；步骤2，基于步骤1的鲁棒功率预测模型，预测下一控制周期的三相PWM变换器功率值；步骤3，定义价值函数并通过最小化价值函数求取下一控制周期最优电压矢量作用时间；步骤4，基于空间矢量脉冲宽度调制方法，生成下一个控制周期三相PWM变换器开关状态。2.根据权利要求1所述的一种三相PWM变换器六功率鲁棒模型预测控制方法，其特征在于，所述的步骤1，具体做法是：建立三相电网不平衡条件下考虑六功率参数的三相PWM变换器鲁棒功率预测模型为：其中，P为三相PWM变换器平均有功功率分量，P
c2
为三相PWM变换器余弦二次有功功率分量，P
s2
为三相PWM变换器正弦二次有功功率分量，Q为三相PWM变换器平均无功功率分量，Q
c2
为三相PWM变换器余弦二次无功功率分量，Q
s2
为三相PWM变换器正弦二次无功功率分量；分别为以上功率分量P,P
c2
,P
s2
,Q,Q
c2
,Q
s2
的导数；分别表示三相PWM变换器三相输入电压U
a
,U
b
,U
c
在两相静止(αβ)坐标系下的正序分量，分别表示三相PWM变换器三相输入电压U
a
,U
b
,U
c
在两相静止(αβ)坐标系下的负序分量，分别表示三相PWM变换器三相输入电流I
a
,I
b
,I
c
在两相静止(αβ)坐标系下的正序分量，分别表示三相PWM变换器三相输入电流I
a
,I
b
,I
c
在两相静止(αβ)坐标系下的负序分量；为三相PWM变换器电路等效电阻估计值，为三相PWM变换器输入滤波电感估计值；ω＝2πf为三相PWM变换器输入三相交流电压角频率，f为输入三相交流电压频率；U
rα
＝S
α
U
dc
，U
rβ
＝S
β
U
dc
为控制分量，S
α
，S
β
分别为三相PWM变换器三相桥臂开关状态S
a
，S
b
，S
c
在两相静止(αβ)坐标系下的开关分量，三相桥臂开关状态S
a
，S
b
，S
c
定义为S
i
＝1(i＝a,b,c)表明i桥臂上开关管闭合，下开关管断开，S
i
＝0(i＝a,b,c)表明i桥臂上开关管断开，下开关管闭合；k
p
,k
pc
,k
ps
,k
q
,k
qc
,k
qs
分别为不同功率分量计算式的鲁棒项增益，tanh()为双曲正切函数，S
p
,S
pc
,S
ps
,S
q
,S
qc
,S
qs
分别为针对不同功率分量定义的滑模面，φ1，φ2，φ3，φ4，φ5，φ6分别为滑模面S
p
,
＝[110]，V7＝[111]，假设在第k个控制周期开始时刻，三相电网电压不平衡条件下三相PWM变换器六个功率分量值分别为P(k),P
c2
(k),P
s2
(k),Q(k),Q
c2
(k),Q
s2
(k)；经过操作电压矢量U1(由非零电压矢量V1～V6中选择)作用T1时间后，六个功率分量值分别变为：其中，e
p1
,e
pc1
,e
ps1
,e
q1
,e
qc1
,e
qs1
分别为六个功率分量P,P
c2
,P
s2
,Q,Q
c2
,Q
s2
在电压矢量U1作用T1时间后的功率变化量；类似地，通过操作电压矢量U2(由非零电压矢量V1～V6中选择)作用T2时间及操作电压矢量U0(由零电压矢量V0及V7中选择)作用T0时间后，三相电网电压不平衡条件下三相PWM变换器第k+1个控制周期的六个功率分量值P(k+1),P
c2
(k+1),P
s2
(k+1),Q(k+1),Q
c2
(k+1),Q
s2
(k+1)分别为：其中，e
p2
,e
pc2
,e
ps2
,e
q2
,e
qc2
,e
qs2
分别为六个功率分量P,P
c2
,P
s2
,Q,Q
c2
,Q
s2
在操作电压矢量U2作用T2时间后的功率变化量，e
p0
,e
pc0
,e
ps0
,e
q0
,e
qc0
,e
qs0
分别为六个功率分量P,P
c2
,P
s2
,Q,Q
c2
,Q
s2
在操作电压矢量U0作用T0时间后的功率变化量，T
s
＝T1+T2+T0为控制周期；不同操作电压矢量U
j
(j＝0,1,2)作用下的六个功率分量变化量e
pj
,e
pcj
,e
psj
,e
qj
,e
qcj
,e
qsj
(j＝0,1,2)可通过鲁棒预测模型(1)式计算得到，表示为：
式(6)中，不同作用电压矢量U
j
(j＝0,1,2)可通过对于三相PWM变换器输入三相交流电压划分扇区并从8个电压矢量V
m
(m＝0,1,
…
,7)选择获得。在扇区1中，操作电压矢量U
j
(j＝0,1,2)分别选取为U0＝V0或V7，U1＝V2，U2＝V6；在扇区2中，操作电压矢量U
j
(j＝0,1,2)分别选取为U0＝V0或V7，U4＝V2，U2＝V5；在扇区3中，操作电压矢量U
j
(j＝0,1,2)分别选取为U0＝V0或V7，U1＝V4，U2＝V6；在扇区4中，操作电压矢量U
j
(j＝0,1,2)分别选取为U0＝V0或V7，U1＝V1，U2＝V3；在扇区5中，操作电压矢量U
j
(j＝0,1,2)分别选取为U0＝V0或V7，U1＝V2，U2＝V3；在扇区6中，操作电压矢量U
j
分别选取为U0＝V0或V7，U1＝V1，U2＝V5，j＝0,1,2；对应不同电压矢量作用下的三相PWM变换器控制分量U
rα
和U
rβ
可表示为：电压矢量V1作用下U
rα
＝
‑
U
dc
/3，电压矢量V2作用下U
rα
＝
‑
U
dc
/3，电压矢量V3作用下U
rα
＝
‑
2U
dc
/3，U
rβ
＝0；电压矢量V4作用下U
rα
＝2U
dc
/3，U
rβ
＝0；电压矢量V5作用下U
rα
＝U
dc
/3，电压矢量V6作用下U
rα
＝U
dc
/3，电压矢量V0及V7作用下U
rα
＝0，U
rβ
＝0。4....

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