一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法技术

本发明专利技术涉及一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，包括以下步骤：(1)采用无差拍控制对三相整流器进行闭环控制，实现直流电压和交流电流的闭环控制；(2)采样k时刻的三相电网电压、三相电流以及直流侧电压；(3)通过矢量角外推法和电流预测计算公式得到k+1时刻的三相电网电压以及三相电流；(4)将k+1时刻的各状态变量代入电流预测计算公式，求解出k+1时刻的最优电压矢量，并将其转换为驱动信号，即得到在k时刻输出k+1时刻的电压值，经过延时后在k+1时刻的变换器上得到k+1时刻的电压。该方法有利于降低延时对整流器无差拍控制，提升整流器的综合性能。提升整流器的综合性能。提升整流器的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子变换器控制领域，具体涉及一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的迅速发展，电能变换装置在工业生产、输电配电中发挥着重要作用。双向整流器因能实现交
‑
直和直
‑
交的功率双向流动变换，在高压大功率场合受到广泛的应用。然而，伴随着工业迅速发展带来的功率变换器电压、功率等级提高，两电平变换器已经无法满足一些特定的场合。三电平变换器相较于传统的两电平变换器而言具有耐压高、输出谐波含量小、开关管数量适中等优点。同时，三电平变换器输出电平较少，调制上的难度较小，故三电平变换器在高压大功率的应用场合得到了广泛的运用。
[0003]针对整流器的控制方案，通常采用传统的直流电压外环PI控制和电流内环的dq坐标系下的PI控制。然而，PI控制方案参数整定较为复杂，且动态响应性能较差。伴随着预测控制的迅速发展，其类别下的无差拍控制受到许多学者的研究。整流器的无差拍控制具有控制原理简单，动态响应性能较好等优点。因此，为了实现对整流器的功能控制，整流器电压外环采用直流电压外环PI控制，电流内环采用电流无差拍控制，从而实现整流器的电压稳定控制的同时控制无功功率。
[0004]在使用DSP对电力电子变换器进行预测控制时，由于EPWM模块的配置方式不同，控制信号采样时刻与EPWM信号的产生时刻存在延时，该延时是由控制程序执行时间造成的延时或是一个EPWM周期的延时。<br/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，该方法有利于降低延时对整流器无差拍控制，提升整流器的综合性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，包括以下步骤：
[0007](1)采用无差拍控制对三相整流器进行闭环控制，实现直流电压和交流电流的闭环控制；
[0008](2)采样k时刻的三相电网电压、三相电流以及直流侧电压；
[0009](3)通过矢量角外推法和电流预测计算公式得到k+1时刻的三相电网电压以及三相电流；
[0010](4)将k+1时刻的各状态变量代入电流预测计算公式，求解出k+1时刻的最优电压矢量，并将其转换为驱动信号，即得到在k时刻输出k+1时刻的电压值，经过延时后在k+1时刻的变换器上得到k+1时刻的电压。
[0011]进一步地，采用三相T型NPC变换器进行三相交流电到直流电的电能变换；通过采用直流电压外环PI控制对直流电压进行稳定控制，同时电流内环采用无差拍控制对交流电
流进行稳定控制，从而实现整流器的有功、无功功率的稳定控制。
[0012]进一步地，该方法针对无差拍控制在DSP实现过程中存在的一拍延时，通过提前预测一拍的方法在k时刻对k+1时刻进行预测，消除延时对无差拍控制的影响。
[0013]进一步地，该方法具体包括以下步骤：
[0014]步骤1：k时刻，采样三相电网电压U
a
(k)
gird
、U
b
(k)
gird
、U
c
(k)
gird
，三相电网电流I
a
(k)
rec
、I
b
(k)
rec
、I
c
(k)
rec
以及直流电压V
dc
；同时，调用上一时刻计算出的k时刻理想变换器输出电压V
α*
(k)
rec
、V
β*
(k)
rec
，为后续控制做准备；
[0015]步骤2：将真实值V
dc
与参考值V
dc*
进行做差比较，输入至PI控制器，并得到输出值I
d*
(k+1)
rec
；
[0016]步骤3：设定参考无功功率Q
ref
为零，即参考无功电流I
q*
(k+1)
rec
为零，并对I
d*
(k)
rec
和I
q*
(k)
rec
进行Park逆变换，得到α
‑
β坐标系下的参考电流I
α*
(k+1)
rec
、I
β*
(k+1)
rec
；
[0017]步骤4：为了在k时刻对k+1时刻的变换器输出电压进行计算，对所有变量进行下一时刻的推导计算；通过对采样的状态变量以及参考电流值进行坐标变换，得到α
‑
β坐标系下的电网电压V
α
(k)
gird
、V
β
(k)
gird
以及电流I
α*
(k+1)
rec
、I
β*
(k+1)
rec
，并对这四个量进行矢量角外推得到下一时刻的电网电压U
α
(k+1)
gird
、U
β
(k+1)
gird
以及参考电流I
α*
(k+2)
rec
、I
β*
(k+2)
rec
；通过电流预测公式使用k时刻的变换器输出电压V
α*
(k)
rec
、V
β*
(k)
rec
计算出k+1时刻的真实电流I
α
(k+1)
rec
、I
β
(k+1)
rec
；
[0018]步骤5：再一次使用电流预测公式对k+1时刻的变量进行计算，得到k+1时刻的变换器输出电压V
α*
(k+1)
rec
、V
β*
(k+1)
rec
，并保存k+1时刻的变换器输出电压以提供给下一个控制周期计算使用；同时，在k时刻的程序执行完成之后，将电压值转换成EPWM的比较值，待到k+1时刻EPWM模块产生驱动信号；
[0019]步骤6：k+1时刻，驱动信号产生完成，在变换器上产生了k+1时刻的输出电压，即可在k+2时刻得到控制的目标电流。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本方法对于直流电压外环采用PI控制、电流内环采用无差拍控制，既可以通过PI控制来解决稳态误差问题，同时又可以通过无差拍控制来解决动态响应性能问题，从而达到一个较好的综合性能。本方法针对DSP在实施过程中存在的一拍延时问题，采用一拍延时补偿控制方案来消除延时对整流器控制的性能影响，从而提升整流器的综合性能。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用无差拍控制对三相整流器进行闭环控制，实现直流电压和交流电流的闭环控制；(2)采样k时刻的三相电网电压、三相电流以及直流侧电压；(3)通过矢量角外推法和电流预测计算公式得到k+1时刻的三相电网电压以及三相电流；(4)将k+1时刻的各状态变量代入电流预测计算公式，求解出k+1时刻的最优电压矢量，并将其转换为驱动信号，即得到在k时刻输出k+1时刻的电压值，经过延时后在k+1时刻的变换器上得到k+1时刻的电压。2.根据权利要求1所述的一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，其特征在于，采用三相T型NPC变换器进行三相交流电到直流电的电能变换；通过采用直流电压外环PI控制对直流电压进行稳定控制，同时电流内环采用无差拍控制对交流电流进行稳定控制，从而实现整流器的有功、无功功率的稳定控制。3.根据权利要求1所述的一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，其特征在于，该方法针对无差拍控制在DSP实现过程中存在的一拍延时，通过提前预测一拍的方法在k时刻对k+1时刻进行预测，消除延时对无差拍控制的影响。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种针对三相整流器的具有延时补偿的无差拍控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：k时刻，采样三相电网电压U
a
(k)
gird
、U
b
(k)
gird
、U
c
(k)
gird
，三相电网电流I
a
(k)
rec
、I
b
(k)
rec
、I
c
(k)
rec
以及直流电压V
dc
；同时，调用上一时刻计算出的k时刻理想变换器输出电压V
α*
(k)
rec
、V
β*
(k)
rec
，为后续控制做准备；步骤2：将真实值V
dc
与参考值V
dc*
进行做差比较，输入至PI控制器，并得到输出值I
d*
(k+1)
rec
；步骤3：设定参考无功功率Q
ref
为零，即参考无功电流I
q*
(k+...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，廖皇政，刘惟诚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：