基于任意周期延时的pwm整流器预测功率控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子技术领域，特别是指一种基于任意周期延时的PWM整流器预 测功率控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在现有的PWM整流器控制策略中，模型预测功率控制由于其算法简单、动态响应 快和控制灵活等优点而倍受关注。传统的模型预测功率控制中关于有功和无功的定义仍 沿用瞬时功率理论，即理想电网下的瞬时功率理论，但实际电网由于负载不平衡、电网故障 等因素均会引起电网电压不对称。如果仍沿用传统瞬时功率理论进行控制，则会出现电网 侧电流出现较大谐波、功率呈现二倍频波动、直流侧电压波动等现象，严重影响了系统的 控制性能。为此，世界各国学者针对电网不平衡条件下的PWM整流器控制进行了相关研 究，W期实现恒定直流电压输出，减小电网侧电流谐波W及有功、无功的波动。现有方法如 《Du曰1currentcontrolschemeforPWMconverterunderunb曰I曰needinputvolt曰ge conditions》通常需要对电网电压、电网电流和整流器电压等进行正负序分量提取，然后 在双旋转坐标系上通过PI控制器对电流分别进行控制，增加了控制系统的复杂性。还 有一些控制方法女日《Sliding-mode-baseddirectpowercontrolofgrid-connected voltage-sourcedinvertersunderunbalancednetworkconditions》卯J利用电网电压和 电网电流的正负序分量计算得到相应的功率补偿值，该补偿值加到原来的功率参考值，即 为最终的功率参考值，通过跟踪该功率参考值即可在实现功率控制的同时有效地消除电流 谐波和功率脉动。W上方法均基于传统瞬时功率理论并且需要正负序分量的提取，不仅增 加了系统的计算量，而且不可避免地会带来一定的延迟，通常至少是1/4周期延迟，在实际 控制系统中随之而来的是软件开销也将变大，运些特点都不利于提高控制系统的实时性。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于任意周期延时的PWM整流器预测功率 控制方法及系统，不仅在简化计算的基础上能够降低直流侧电压W及功率波动，而且能快 速跟踪，具有较好的动态性能。
[0004] 基于上述目的本发明提供的基于任意周期延时的PWM整流器预测功率控制方法， 包括：
[0005] 步骤1，根据任意当前时刻的采样电网电压、电网电流和直流侧电压计算得到当前 时刻的有功功率和新型无功功率，并预测得到下一时刻的功率值；
[0006] 步骤2,构造出与当前时刻功率值和下一时刻功率值相关的目标函数，求解出使得 目标函数值最小的最优电压矢量；
[0007] 步骤3,计算得到最优电压矢量的作用时间，在一个控制周期内根据最优电压矢量 的作用时间发出最优电压矢量，其余时间由零矢量补充；W及
[0008] 步骤4,通过最优电压矢量、零矢量及相应的作用时间得到开关管的驱动信号。
[0009] 可选的，所述步骤I包括：
[0010] 将采样的电网电压、电网电流经过3/2变换得到PWM整流器在两相静止坐标系下 的电压信号和电流信号；
[0011] 对所述在两相静止坐标系下的电压信号经过1/n周期延迟，得到相应的电网电压 延迟信号，其中n为自然数；
[0012] 由所述在两相静止坐标系下的电压信号、电流信号W及电网电压延迟信号计算得 到有功功率和新型无功功率；
[001引根据KVL方程计算得到交流侧电压信号；
[0014] W及由所述在两相静止坐标系下的电压信号、电流信号、电网电压延迟信号W及 交流侧电压信号，并由预测模型预测得到下一时刻的有功功率和新型无功功率。
[0015] 可选的，所述在两相静止坐标系下的电压信号、电流信号的具体计算公式为： r1 Ji-丄垂1
[0016] =IPP%
[哲片」3。雀 L 2 2.」L氏」.，
[0017] 其中，e。、6b、e。分别为S相采样电网电压，eD、ep分别为在静止坐标系上a相和 P相的电压信号； 「1 「I-王-互]「是1 i 2 2 '2 孙 阳酬#娘屯 L 2 2」Lc」，
[0019] 其中，i。、ib、i。分别为=相采样电网电流，i。、ip分别为在静止坐标系上a相和 P相的电流信号，
[0020] 所述电网电压1/n周期延迟信号的计算公式为： . T ejj) =Cjt--) 123456 其中T为一个控制周期的时间，t为当前时刻的时间，e'u(t)e'P(t)分别为 在静止坐标系上a相和0相的电网电压延迟信号， 2 所述交流侧电压信号的计算公式为： 3 " 倘，坊義十沒咬） > 4
[00巧] "紛p(./'-;;r) 3 5 V。=Re(V)，VP=Im(V) 6 其中：Ud。为PWM整流器的直流侧电压，V。和VP分别为在静止坐标系上a相和0 相的交流侧电压信号，e为静止坐标系下的电网交流侧电压，5。、式、5。为开关管的开关函数， 其开关状态为：
[0028]
[0029] 所述由预测模型预测得到下一时刻的有功功率和新型无功功率的计算方法为：
[0030] 首先，将所述新型无功功率定义为
[0032] 将当前时刻的有功功率计算公式定义为：P= 3/2(i"e"+ipep);
[0033] 然后，计算得到有功功率和新型无功功率的变化率
[0036] 其中R为电网侧等效电阻，L为电网侧等效电感，CO为电网的角速度，P为有功功 率，(T"为新型无功功率；
[0037] 最后，根据一阶离散法得到当前时刻和下一时刻的有功功率和新型无功功率之间 的关系式：
并根据上述关系式可W由当前时刻的功率值预测得到下 J 一时刻的功率值，
[0040] 其中tw为一个控制周期时间，k表示当前时刻，k+1表示下一时刻。
[0041] 可选的，所述求解最优电压矢量的步骤为：
[0042] 根据模型预测控制理论，构造出与PWM整流器的功率波动相关的目标函数；
[0043] 通过对不同电压矢量作用下的有功功率和新型无功功率W及预测得到的下一时 刻的功率值带入目标函数可W得到目标函数的目标值；W及
[0044] 通过对所有非零电压矢量进行枚举，得到使得目标函数的目标值最小的电压矢 量，即为最优电压矢量。
[0045] 可选的，所述目标函数为：
[0046] g=IP"f-Pk"12+IQ"f-Qn-'k"12,其中QKf为无功功率给定值，P"嘴有功功率给定 值，g为目标函数的目标值。
[0047] 优选的，所述目标函数引入一拍延时补偿，即在k时刻预测k巧时刻的功率值，此 时，重构的目标函数为：g=IP"f-Pk"I2+IQ"f-Qn-'k"I2。
[0048] 可选的，所述有功功率给定值的计算公式为：
[00加]其中，言为给定直流电压，kp和k1分别为PI调节器中的比例增益和积分增益。
[0051] 可选的，所述最优电压矢量作用时间的计算公式为：
[00对其中，痴4 4，慕分别为k时刻的两相静止坐标系下的电压信号、k时刻的两 相静止坐标系下的电压延迟信号、k时刻的两相静止坐标系下