，使得在不平衡电网下也 能获得恒定无波动的功率和正弦的电网电流。同时，本发明提出的新型无功定义也可W直 接应用于现有理想电网下的其他功率控制策略而无需额外的功率补偿，从而拓展现有控制 策略对不平衡电网的适应性，具有扩展容易和通用性强等特点。
[0135] 所属领域的普通技术人员应当理解：W上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非 旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于运些例子；在本发明的思路下，W上实施例 或者不同实施例中的技术特征之间也可W进行组合，步骤可WW任意顺序实现，并存在如 上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于任意周期延时的PWM整流器预测功率控制方法，其特征在于，包括： 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； 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； 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；以及 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。2. 根据权利要求1所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于，所述步骤1包括： 将采样的电网电压、电网电流经过3/2变换得到PffM整流器在两相静止坐标系下的电 压信号和电流信号； 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η为自然数； 由所述在两相静止坐标系下的电压信号、电流信号以及电网电压延迟信号计算得到有 功功率和新型无功功率； 根据KVL方程计算得到交流侧电压信号； 以及由所述在两相静止坐标系下的电压信号、电流信号、电网电压延迟信号以及交流 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。3. 根据权利要求2所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于， 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：? 其中，ea、eb、e。分别为三相采样电网电压，e a、e{!分别为在静止坐标系上α相和β相 的电压信号；其中，ia、ib、i。分别为三相采样电网电流，i a、ie分别为在静止坐标系上α相和β相 的电流信号， 所述电网电压1/n周期延迟信号的计算公式为：其中T为一个控制周期的时间，t为当前时刻的时间，e' a(t)e' e(t)分别为在静 止坐标系上a相和β相的电网电压延迟信号， 所述交流侧电压信号的计算公式为：其中：Ud。为PffM整流器的直流侧电压，V α和V Ji分别为在静止坐标系上a相和β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，，Sa、Sb、S。为开关管的开关函数， 其开关状态为：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： 首先，将所述新型无功功率定义为将当前时刻的有功功率计算公式定义为：P = 3/2ααθα+?ρθ{!); 然后，计算得到有功功率和新型无功功率的变化率I 其中R为电网侧等效电阻，L为电网侧等效电感，ω为电网的电角速度，P为有功功率， Qn°w为新型无功功率； 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以由当前时刻的功率值预测得到下一时 刻的功率值， 其中，ts。为一个控制周期时间，k表示当前时刻，k+Ι表示下一时刻。4.根据权利要求1所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于，所述求解最优电压矢量的步骤为： 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； 通过对不同电压矢量作用下的有功功率和新型无功功率以及预测得到的下一时刻的 功率值带入目标函数可以得到目标函数的目标值；以及 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。5. 根据权利要求4所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于，所述目标函数为：其中Qraf为无功功率给定值，Praf为有功功率给定值，g 为目标函数的目标值。6. 根据权利要求5所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于， 所述目标函数引入一拍延时补偿，即在k时刻预测k+2时刻的功率值，此时，重构的目 标函数为：7. 根据权利要求1所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于，所述有功功率给定值的计算公式为：其中，为给定直流电压，<和k i分别为PI调节器中的比例增益和积分增益。8. 根据权利要求1所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控制方法，其特征 在于，所述最优电压矢量作用时间的计算公式为：其中，；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的电压信号的共辄和k时刻的两 相静止坐标系下的PWM整流器交流侧电压信号的共辄，Sl、S2表示k时刻时非零矢量和零矢 量的有功功率的变化率，s n、S22表示k时刻时非零矢量和零矢量的新型无功功率的变化率， U为最优电压矢量作用时间。9. 一种采用权利要求1-8任意一项所述的基于任意周期延时的PffM整流器预测功率控 制方法的基于任意周期延时的PWM整流器预测功率控制系统，其特征在于，包括依次连接 的三相电压源、三相滤波电感、整流桥主电路、直流侧滤波电容、直流侧负载、以及分别从三 相电压源输出端及三相滤波电感输出端进行电压、电流采样的电压电流采样电路、计算当 前时刻并预测下一时刻有功功率和新型无功功率并对数据进行运算控制的DSP控制器、驱 动电路； 其中，所述电压电流采样电路利用电压霍尔传感器采集三相电网侧交流电压和整流器 直流侧电压，利用电流霍尔传感器采集三相电网侧交流电流，经过信号调理电路后进入DSP 控制器转换为数字信号；DSP控制器完成如权利要求1-8任意一项所述的基于任意周期延 时的PffM整流器预测功率控制方法的运算，输出六路PffM脉冲，最后经过采用线性光耦的驱 动电路得到整流器的六个开关管的驱动信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于任意周期延时的PWM整流器预测功率控制方法，包括：计算得到当前时刻的有功功率和新型无功功率，预测下一时刻的功率值；构造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；计算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；得到开关管的驱动信号。本发明还公开了一种基于任意周期延时的PWM整流器预测功率控制系统。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及系统不需要加入额外的功率补偿值，计算量小，延时周期短，系统的动态响应快，在电网电压平衡或不平衡下，PWM整流器都能实现高效工作。
【IPC分类】H02M7/12
【公开号】CN105429484
【申请号】CN201510767615
【发明人】张永昌, 高基豪
【申请人】北方工业大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月11日