三相五电平PWM整流器的模型预测及零序电压平衡控制方法技术

本发明专利技术公开了三相五电平PWM整流器的模型预测及零序电压平衡控制方法，该控制方法包括采用电压外环PI控制、电压内环模型预测控制、空间矢量调制和开关序列设计、以及零序电压注入法，对所述三相五电平PWM整流器进行控制，实现所述三相五电平PWM整流器网侧单位功率因数运行、网侧电流低谐波，以及直流侧输出电压平衡且稳定。衡且稳定。衡且稳定。

【技术实现步骤摘要】
三相五电平PWM整流器的模型预测及零序电压平衡控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，特别是一种三相五电平PWM整流器模型预测及零序电压平衡控制方法。

技术介绍

[0002]新型的三相五电平PWM整流器，相比较传统多电平整流器拓扑具有开关管个数少、不存在电容建压等优势，具有广阔的发展前景。针对PWM整流器的控制策略，已有很多成熟的控制方法，主要包括有滞环电流控制、瞬态电流控制、比例谐振控制、d
‑
q坐标系PI电流解耦控制等。其中滞环电流控制实现简单，系统响应快速，但开关频率不固定，造成电流谐波的分布广，不利于滤波器的设计；瞬态电流控制可以固定开关频率，但由于内环采用PI控制器，会存在稳态误差；比例谐振控制能够有效消除电流稳态误差，但控制效果对网侧电压变化非常敏感；d
‑
q坐标系PI电流解耦控制采用常规的PI控制器，实现简单，但难以满足理想的控制效果，系统的动态性能较差。
[0003]近年来，模型预测控制越来越多的应用到电力电子领域。模型预测控制作为一种数字控制技术因其自身的优点而具有广阔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三相五电平PWM整流器模型预测及零序电压平衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括采用电压外环PI控制、电流内环模型预测控制、空间矢量调制和开关序列设计、以及零序电压注入法，对所述三相五电平PWM整流器进行控制，实现所述三相五电平PWM整流器网侧单位功率因数运行，网侧电流低谐波以及直流侧输出电压平衡且稳定，该控制方法具体包括以下步骤：建立所述三相五电平PWM整流器主电路拓扑在abc坐标系下的数学模型；进行d
‑
q同步旋转坐标系转换，建立所述三相五电平PWM整流器在d
‑
q同步旋转坐标系下的状态方程；对所述三相五电平PWM整流器采用电压外环PI控制，获取d
‑
q同步旋转坐标系下的内环电流d轴电流参考信号以及q轴电流参考信号；以内环电流d轴电流参考信号以及q轴电流参考信号作为输入信号，根据所述三相五电平PWM整流器在d
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q同步旋转坐标系下的状态方程，设计电流内环改进模型预测控制器，对所述三相五电平PWM整流器采用电流内环改进模型预测控制，所述电流内环改进模型预测控制包括通过离散化操作、等式变换操作、构建评价函数，获取d
‑
q同步旋转坐标系下的调制函数以及abc坐标系下的调制函数；采用零序电压注入法消除负序电流影响，平衡且稳定直流侧输出电压，所述零序电压注入法包括：以检测的三相五电平PWM整流器直流侧各相输出电压作为输入控制量，通过建立注入零序电压后的三相五电平整流器各相功率数学模型以及功率调节项数学模型，获取对所述三相五电平整流器注入的零序电压幅值和零序电压相位；根据所述零序电压幅值，得到零序电压时域数学模型，对所述零序电压时域数学模型标幺化后得到零序电压标幺化函数，结合所述abc坐标系下的调制函数，送入调制模块获取控制所述三相五电平PWM整流器开关管的PWM调制波，完成三相五电平PWM整流器的控制。2.根据权利要求1所述三相五电平PWM整流器模型预测及零序电压平衡控制方法，其特征在于，根据电压电流定律，建立的三相五电平PWM整流器主电路拓扑在abc坐标系下的数学模型如式(1)所示：式(1)中，u
xin
(x＝a,b,c)表示三相五电平PWM整流器交流侧输入电压，u
a
、u
b
、u
c
表示三相五电平PWM整流器三相网侧电压，i
a
、i
b
、i
c
表示三相五电平PWM整流器三相网侧电流，L表示三相五电平PWM整流器三相网侧传输线路电感，R表示三相五电平PWM整流器三相网侧等效电阻。3.根据权利要求2所述三相五电平PWM整流器模型预测及零序电压平衡控制方法，其特征在于，所述三相五电平PWM整流器在d
‑
q同步旋转坐标系下的状态方程如式(2)所示：
式(2)中，u
d
、u
q
分别表示三相五电平PWM整流器网侧电压d轴分量及网侧电压q轴分量，i
d
、i
q
分别表示三相五电平PWM整流器网侧电流d轴分量及网侧电流q轴分量，u
din
、u
qin
分别表示三相五电平PWM整流器输入端电压d轴分量及输入端电压q轴分量，ω表示网侧电压角速度。4.根据权利要求3所述三相五电平PWM整流器模型预测及零序电压平衡控制方法，其特征在于，设计电流内环改进模型预测控制器，对所述三相五电平PWM整流器采用电流内环改进模型预测控制的具体步骤包括：S1：对三相五电平PWM整流器的d
‑
q同步旋转坐标系下的状态方程离散化，进行离散化操作后的状态方程如式(3)所示：所述离散化操作的采样周期为T
s
；式(3)中，i
d
(k)、i
q
(k)分别表示第k周期的网侧电流在d
‑
q同步旋转坐标系下的值，i
d
(k+1)、i
q
(k+1)分别表示第k+1周期的网侧电流在d
‑
q同步旋转坐标系下的值，u
din
(k)、u
qin
(k)是第k周期的交流侧输入电压在d
‑
q同步旋转坐标系下的值；其中u
din
(k)、u
qin
(k)也可由式(4)表示如下：式(4)中，表示电压外环PI控制器控制时给定直流侧电压参考值；S2：结合式(3)和式(4)，通过等式变换，得到预测的第k+1周期的网侧电流在d
‑
q同步旋转坐标系下的值，如式(5)所示：S3：引入权重参数，构建评价函数，获取d
‑
q同步旋转坐标系下的调制函数；所述评价函数J如式(6)所示：式(6)中，λ为权重参数；令所述评价函数分别对d
‑
q同步旋转坐标系下的调制函数求偏导的结果为0，如式(7)
所示：对式(5)、式(6)、式(7)联立求解，如式(8)所示，获取d
‑
q同步旋转坐标系下的调制函数m
d
、m
q
：S4：对所述d
‑
q同步旋转坐标系下的调制函数进行反变换，如式(9)所示，获取abc坐标体系下的三相调制函数m
a
、m
b
、m
c
：5.根据权利要求4所述三相五电平PWM整流器模型预测及零序...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱艺锋，张紫阳，王浩，李斌，郑征，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：