一种pwm整流器功率内环控制器及其控制方法
【专利摘要】一种PWM整流器功率内环控制器，所述的功率内环控制器包括功率估算模块、功率修正模块、功率预测模块和SVPWM开关信号输出模块，通过A/D转换和3s/2s变换的信号与功率内环控制器的功率估算模块连接，功率估算模块与功率修正模块连接，功率修正模块与功率预测模块连接，功率预测模块与SVPWM开关信号输出模块连接，SVPWM开关信号输出模块与功率开关器件连接。本发明有益效果：用非线性控制方法模型预测算法作为控制器的主要控制方法，实现固定的开关频率。具有良好的动态和稳态性能，有效降低了交流测电流总谐波失真(THD)，实现了交流侧单位功率因数，当直流侧给定电压突变时，直流侧电压具有良好的跟随性。
【专利说明】
-种PWM整流器功率内环控制器及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及电力电子领域，具体地说是一种PWM整流器功率内环控制器及其控制 方法。
【背景技术】
[0002] Pmi整流器主要采用的是电压外环功率内环的控制结构，传统的直接功率控制是 将滞环比较器和开关表结合，通过将功率信息传送到滞环比较器进行比较输出比较结果来 和预先制定好的开关表进行比较，选择出最佳的开关信号来驱动功率开关。运种传统的控 制策略虽然继承了整流器非线性特性，但是开关表的精准程度会影响控制信号的选择，如 果开关信号选择不当会引起功率失控，还会引起开关频率不固定，网侧电流谐波分量高，系 统调节时间长等问题。功率前馈解禪PI控制也是常见的另一种传统控制方案，运种方案是 将PI调节器和调制器相结合改进而来的，本质上属于线性控制。运种方案的缺点是在动态 情况下，采用线性控制方法控制非线性系统会造成动态响应慢，而且运种方案在内环又引 入了 PI环节，运与直接功率控制的初衷是不符的，因此运种改进方案仍有待改进。本发明将 模型预测理论与二阶拉格朗日插值法相结合，对下一个采样周期的有功功率和无功功率变 化进行预测，完成对下一个周期开始时功率给定值的跟踪控制，并采用空间矢量脉宽调制 (SVPWM)产生PWM信号驱动整流器功率开关，实现固定的开关频率。本方法具有良好的动态 和稳态性能，有效降低了交流测电流总谐波失真(THD)，实现了交流侧单位功率因数，当直 流侧给定电压突变时，直流侧电压具有良好的跟随性。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种PWM整流器功率内环控制器及其控制方 法，用非线性控制方法模型预测算法作为控制器的主要控制方法，实现固定的开关频率。
[0004] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种Pmi整流器功率内环控制 器，通过传感器采集出的交流侧母线电压、电流与信号调理模块连接，信号调理模块的信号 输出端与DSP控制器连接，所述的DSP控制器内依次设有3s/2s变换模块、A/D转换模块和功 率内环控制器，所述的功率内环控制器包括功率估算模块、功率修正模块、功率预测模块和 SVPWM开关信号输出模块，通过A/D转换和3s/2s变换的信号与功率内环控制器的功率估算 模块连接，功率估算模块与功率修正模块连接，功率修正模块与功率预测模块连接，功率预 测模块与SVPWM开关信号输出模块连接，SVPWM开关信号输出模块与功率开关器件连接。
[0005] -种PWM整流器内环控制器的控制方法，包括W下步骤： 步骤一、信号的调理:从传感器采集来的=相电压、电流分量，经过检测电路，进行滤波 处理，去除干扰的毛刺信号； 步骤二、从检电路出来的信号，进入DSP控制器进行A/D转换，数字量化之后进行3s/2s 变换，从=相静止体系转换到二相静止坐标系上； 步骤=、功率估算:根据瞬时功率理论，估算出在两相巧，P静止系下的瞬时有功无功功 率末
,其中，P为瞬时有功功率，q为瞬时无功功率，货泣、e替分别为按，P:静 止坐标系下的电压，％ Jp分别为巧，詞静止坐标系下的电流； 步骤四、功率修正：根据二阶拉格朗日插值法对期望的有功无功功率进行修正，
，其中於*《释)为在第K个采样周期P的期 望值，贫啊为第K个采样周期q的期望值； 步骤五、直流母线检测电路的电压信号进入DSP控制器进行A/D转换得到直流母线电压 Il漱，據舱经过PI控制器得到有功功率的指令值1?茲； 步骤六、功率预测:将步骤五中得到的彩耗f和步骤立得到的信号进行功率预测，为实现单 位功率因数，将1>!姑设置为0,根据模型预测算法的理论，提前预测出SVPWM下个采样周期的输入 信对輪、恐P，即
其中，嚴为采样周期，玄为交流侧电感值； 步骤屯、将步骤五得到的鶴較和步骤六中得到的瓢鄉进行SVP歷，输出响应的开关 信号来控制整流器中功率开关的通断。
[0006] 本发明所述DSP控制器为DSP28335。
[0007] 本发明的有益效果是:传统的直接功率控制通常采用属于线性控制的滞环比较器 或PI控制器，但实际上整个系统由于经过网侧电感和直流侧电容已经存在非线性属于非线 性系统，本发明用非线性控制方法模型预测算法作为控制器的主要控制方法，实现固定的 开关频率。通过功率预测来推算出下一个采样周期的瞬时的有功功率和无功功率的变化， 应用空间矢量脉宽调制（SVPWM)技术通过对电压矢量的选择和作用时间进行确定，从而驱 动功率开关;并通过二阶拉格朗日差值法对功率误差进行修正。运种W模型预测为控制核 屯、的P-DPC，不仅继承了传统DPC的优点，也克服其缺点，而且P-DPC的功率内环结构简单、控 制容易，并可W实现固定的开关频率;具有良好的动态和稳态性能，有效降低了交流测电流 总谐波失真(THD)，实现了交流侧单位功率因数，当直流侧给定电压突变时，直流侧电压具 有良好的跟随性。
【附图说明】
[000引图1为本发明PWM整流器功率内环控制器系统框图； 图2为本发明功率内环控制器应用到PWM整流器控制图。
[0009] 图中标记:1、功率估算模块，2、功率修正模块，3、功率预测模块，4、SVPWM开关信号 输出模块，5、信号调理模块。
【具体实施方式】
[0010] -种PWM整流器功率内环控制器，通过传感器采集出的交流侧母线电压、电流与信 号调理模块连接，信号调理模块的信号输出端与DSP控制器连接，所述的DSP控制器内依次 设有3s/2s变换模块、A/D转换模块和功率内环控制器，所述的功率内环控制器包括功率估 算模块1、功率修正模块2、功率预测模块3和SVPWM开关信号输出模块4,通过A/D转换和3s/ 2s变换的信号与功率内环控制器的功率估算模块1连接，功率估算模块1与功率修正模块2 连接，功率修正模块2与功率预测模块3连接，功率预测模块3与SVPWM开关信号输出模块4连 接，SVPWM开关信号输出模块4与功率开关器件连接。
[ocm] -种PWM整流器内环控制器的控制方法，包括W下步骤： 步骤一、信号的调理:从传感器采集来的=相电压、电流分量，经过检测电路，进行滤波 处理，去除干扰的毛刺信号； 步骤二、从检电路出来的信号，进入DSP控制器进行A/D转换，数字量化之后进行3s/2s 变换，从=相静止体系转换到二相静止坐标系上； 步骤=、功率估算:根据瞬时功率理论，估算出在两相狡，P静止系下的瞬时有功无功功 率)
其中，P为瞬时有功功率，q为瞬时无功功率，、巧分别为泣，P静止 坐标系下的电压，：b、|p分别为a，P静止坐标系下的电流； 步骤四、功率修正：根据二阶拉格朗日插值法对期望的有功无功功率进行修正，
，其中難!)为在第K个采样周期P的期 望值，贫錢轉为第K个采样周期q的期望值； 步骤五、直流母线检测电路的电压信号进入DSP控制器进行A/D转换得到直流母线电压 Udc，縣想经过PI控制器得到有功功率的指令值Pwif; 步骤六、功率预测:将步骤五中得到的Pref和步骤立得到的信号进行功率预测，为实现单位 功率因数，将Pref设置为0，根据模型预测算法的理论，提前预测出SVPWM下个采样周期的输入 信号城a、嗎，即：
其中，茲为采样周期，左为交流侧电感值； 步骤屯、将步骤五得到的1}如和步骤六中得到的山3、巧进行SVP歷，输出响应的开关 信号来控制整流器中功率开关的通断。
[0012] DSP 控制器为 DSP28335。
[0013] 首先对有功无功功率进行修正。在模型预测直接功率控制过程中，希望下一个周 期功率的期望值和实际值相同，但是在实际过程中下一个周期功率的期望值和实际值会存 在一定的误差，而整个系统的性能主要取决于预测功率的精确性，所W为了减少下一个周 期功率的期望值和实际值的误差，采用二阶拉格朗日插值法能起到减少误差的效果。
[0014] 其次针对传统的功率内环控制方法，不能实现固定的开关频率，为了增加开关信 号的准确性，就要增加开关表的精确性或者数量，运对功率器件和DSP的要求都很大，而且 对电感参数非常敏感，一旦电感量进行变化，系统将不稳定。本发明提出的一种PWM整流器 功率内环控制器，通过应用模型预测理论和二阶拉格朗日插值法实现了固定的开关频率， 并且系统对电感参数不敏感，提高了系统的鲁棒性。
[0015]有功无功功率进行修正主要是针对下一个周期功率的期望值和实际值所存在的 误差，W减少它们的误差。模型预测算法减少了系统的调节时间，实现了固定开关频率。经 过运种新型功率内环控制器，能够实现功率的快速跟踪，减少直流母线电压波动，当直流侧 给定电压突变时，直流侧电压具有良好的跟随性。
【主权项】
1. 一种PWM整流器功率内环控制器，通过传感器采集出的交流侧母线电压、电流与信号 调理模块连接，信号调理模块的信号输出端与DSP控制器连接，所述的DSP控制器内依次设 有3s/2s变换模块、A/D转换模块和功率内环控制器，其特征在于:所述的功率内环控制器包 括功率估算模块（1)、功率修正模块(2)、功率预测模块(3)和SVPWM开关信号输出模块(4)， 通过A/D转换和3s/2s变换的信号与功率内环控制器的功率估算模块（1)连接，功率估算模 块（1)与功率修正模块(2)连接，功率修正模块(2)与功率预测模块(3)连接，功率预测模块 (3)与SVPWM开关信号输出模块(4)连接，SVPWM开关信号输出模块(4)与功率开关器件连接。2. 根据权利要求1所述的一种pmi整流器内环控制器的控制方法，其特征在于:包括W 下步骤： 步骤一、信号的调理:从传感器采集来的Ξ相电压、电流分量，经过检测电路，进行滤波 处理，去除干扰的毛刺信号； 步骤二、从检电路出来的信号，进入DSP控制器进行A/D转换，数字量化之后进行3s/2s 变换，从Ξ相静止体系转换到二相静止坐标系上； 步骤Ξ、功率估算:根据瞬时功率理论，估算出在两相趙，P静止系下的瞬时有功无功功 率关，其中，P为瞬时有功功率，q为瞬时无功功率，分别为巧，P静止 坐标系下的电压，分别为滋，P静止坐标系下的电流； 步骤四、功率修正：根据二阶拉格朗日插值法对期望的有功无功功率进行修正，，其中沪为在第Κ个采样周期Ρ的期 望值，多嗎卿力第K个采样周期q的期望值； 步骤五、直流母线检测电路的电压信号进入DSP控制器进行A/D转换得到直流母线电压 汾舱，观漱经过PI控制器得到有功功率的指令值終茲； 步骤六、功率预测:将步骤五中得到的終法和步骤Ξ得到的信号进行功率预测，为实现单位 功率因数，将Pref设置为0,根据模型预测算法的理论，提前预测出SVPWM下个采样周期的输入 信号骗、辦，即其中，返为采样周期，玄为交流侧电感值； 步骤屯、将步骤五得到的巧也和步骤六中得到的稱苗.、雌进行SVPWM，输出响应的开关信 号来控制整流器中功率开关的通断。3. 根据权利要求1或2所述的一种PWM整流器内环控制器的控制方法，其特征在于:所述 DSP控制器为DSP28335。
【文档编号】H02M7/217GK105978368SQ201610507961
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】范波, 张帆, 徐翔, 王珂, 曾佳
【申请人】范波