一种无锁相环三相变流器直接功率预测控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种无锁相环三相变流器直接功率预测控制方法，在同步旋转坐标系下实现，无需锁相环，根据控制系统实际延时两拍，为减少下一拍输出功率和电流预测精度的影响和简化预测计算，采用两倍于载波频率的采样频率，不需要复杂计算，就能准确计算得到下一拍的并网功率、并网电流和电网电压值，提高了控制精度，然后计算得到下一个载波周期三相变流电路的输出，本发明所提控制方法简单易行，能实现三相变流器的定频无锁相环直接功率预测，易于工程化。
【专利说明】一种无锁相环三相变流器直接功率预测控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无锁相环三相变流器直接功率预测控制方法，属于电力电子技术 领域。
【背景技术】
[0002] 三相DC/AC变流器具有能够实现交直流双向功率流动、功率因数可调、并网电流 正弦度高等特点，近年来随着分布式发电的快速发展得到了广泛的研究与应用，其性能 直接影响到分布式发电的电能质量。在众多控制方法中，直接功率控制（direct power control，DPC)具有控制算法简单、功率因数可调和良好的动态性能的优点。DPC源于电机 的直接转矩控制（Direct torque control，DTC)，DTC不需要对电流进行控制，根据扇区和 需求由开关表选择电压矢量，实现电机转矩和磁链的直接控制。根据同样的原理，将DPC应 用到三相变流器中，可实现三相并网变流器有功和无功功率的瞬时功率控制。
[0003] DPC是通过滞环控制实现功率控制，这导致运行过程中开关频率的变化，给功率电 路和冷却系统设计带来很大困难，且宽频带不利于并网滤波器的设计，从而降低了并网变 流器的输出电能质量。针对以上问题，提出了采用固定开关频率DPC方案。但传统定频直 接功率控制（constant frequence DPC, CF-DPC)通过闭环控制得到变流器输出电压，这需 要对闭环控制参数进行整定以获得良好的动静态性能，而且数字控制的延时也影响系统的 性能。针对数字控制延时、控制参数整定等难题，为进一步提高控制性能，预测控制技术被 引入CF-DPC中，直接功率预测控制（predictive DPC，P-DPC)是基于数学模型实现并网功 率的无差拍优化控制。传统的预测控制是开环预测，针对一拍延时进行预测控制，忽略了包 括来不及更新占空比的当前采样控制周期和起作用的下个控制周期的延时，很难精确预测 下一拍输出量，进而影响控制精度。
[0004] DPC 米用空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation，SVPWM)实 现，需要对电网电压进行锁相以获得电网频率和相位角，这加大了控制难度和控制系统的 运算量，降低了效率。"双向三相AC/DC变流器的无锁相环控制策略.中国电机工程学报， 2013, 33 (36) :79-87"提出了双向三相AC/DC变流器的无锁相环控制策略，但仍需通过增加 无功功率闭环调节，对给定频率进行实时调整，解决了频率给定和电网实际频率不同时导 致的控制误差。"无锁相环同步坐标变换检测法的硬件延时补偿.中国电机工程学报，2008， 28(27) :78-83"提出了无锁相环同步坐标变换检测法，仍需在同步坐标逆变换矩阵中引入 相位补偿角对硬件延时进行补偿。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无锁相环三相变流器直接功 率预测控制方法，该方法在同步旋转坐标系下实现，无需对电网进行锁相环控制，并通过预 测控制实现对并网功率无差拍直接控制。
[0006] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种无锁相环三相变流器直接功 率预测控制方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一：在（k-l)T、（k_l/2)T、kT、（k+l/2)T、（k+l)T、（k+3/2)T、（k+2)T 时亥IJ，分 别对三相电网电压ea、eb、e。和三相并网电流ia、i b、i。进行采样，T为PWM调制的一个三角 载波周期，k为整数；
[0008] 步骤二：将步骤一采样得到的三相电网电压和三相并网电流分别经Clark变换和 Park变换，得到同步旋转坐标系下的三相电网电压向量e d、eq和三相并网电流向量id、iq ;
[0009] 步骤三：根据瞬时功率理论，计算瞬时有功功率P和无功功率Q :
【权利要求】
1. 一种无锁相环三相变流器直接功率预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：在（k-l)T、（k-l/2)T、kT、（k+l/2)T、（k+l)T、（k+3/2)T、（k+2)T 时亥|J，分别对 三相电网电压ea、eb、e。和三相并网电流ia、ib、i。进行采样，T为PWM调制的一个三角载波 周期，k为整数； 步骤二：将步骤一采样得到的三相电网电压和三相并网电流分别经Clark变换和Park 变换，得到同步旋转坐标系下的三相电网电压向量ed、eq和三相并网电流向量id、i q ; 步骤三：根据瞬时功率理论，计算瞬时有功功率P和无功功率Q :
步骤四：根据（k+1/2) T时刻的有功功率Pmid(k)和无功功率Qmid(k)，kT时刻的有功功 率P(k)和无功功率Q(k)，计算（k+l)T时刻有功功率预测值Pjk+l)和无功功率预测值 Q^k+Ι)：
步骤五：根据&+1/2)1'时刻的并网电流/：；"￡/(幻和/^认），1^时刻的并网电流1 (1(1〇和 i<i(k)，计算（k+l)T时刻的并网电流预测值idl(k+l)和iql(k+l):
步骤六：根据（k+1/2) T时刻的电网电压幻和(幻，kT时刻的电网电压ed(k)和 ejk),计算（k+l)T时刻的电网电压预测值edl(k+l)和eql(k+l):
步骤七：计算（k+l)T到（k+2)T时刻变流器输出电压矢量vd(k+l)和vq(k+l) :
其中：PMf (k)为kT时刻并网有功功率参考值；QMf (k)为kT时刻并网无功功率参考值； L为三相并网电感值；ω i = 2 π flt ;f\为控制设定的频率； 步骤八：将变流器输出电压矢量vd(k+Ι)和Vq(k+Ι)经Park逆变换、SVPWM调制，输出 变流器功率管开关驱动信号。
2.根据权利要求1所述的无锁相环三相变流器直接功率预测控制方法，其特征在于， 步骤二中进行Park变换时，同步旋转坐标系和静止坐标系的夹角θ = Θ Ji fj, t为时 亥IJ，相角S1为任意值。
【文档编号】H02J3/38GK104377725SQ201410642952
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】陈强 申请人:南京工程学院