雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，包括：得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)、電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)以及電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)；解析計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻有功功率瞬時(shí)值、新型無功功率瞬時(shí)值，并預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的有功功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值；計(jì)算得到有功功率給定值和新型無功功率給定值；經(jīng)過評(píng)估函數(shù)得到最優(yōu)的電壓矢量；計(jì)算得到有效矢量的作用時(shí)間；由一個(gè)周期內(nèi)合成的雙矢量得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；本發(fā)明還公開了一種雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制裝置。本發(fā)明所提供的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法及裝置，具有無需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，計(jì)算量小、容易實(shí)現(xiàn)、魯棒性好等特點(diǎn)。
【專利說明】雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法 及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 模型預(yù)測(cè)直接功率控制無需坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換，具有算法簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、功率脈動(dòng) 小以及魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛接受。而模型預(yù)測(cè)直功率控制在理想電網(wǎng)下有著較為深入 的研究，但在實(shí)際電網(wǎng)中由于負(fù)載不平衡以及電網(wǎng)故障等因素均會(huì)引起電網(wǎng)電壓不對(duì)稱； 如果沿用傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)直接功率控制的方法會(huì)使網(wǎng)側(cè)電流出現(xiàn)大量諧波，直流母線電壓和 網(wǎng)側(cè)功率出現(xiàn)二倍頻波動(dòng)等，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能；然而沒有關(guān)于模型預(yù)測(cè)直接功率控制 應(yīng)用到電網(wǎng)電壓不平衡的相關(guān)報(bào)道。文獻(xiàn)《Modeling and analysis of instantaneous active and reactive power for pwm ac/dc converter under generalized unbalanced network》把新型無功功率應(yīng)用到V0C框架，但是它依然需要對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流進(jìn)行正 負(fù)序分角軍；文獻(xiàn)〈〈Control of three-phase PWM rectifier in stationary frame under unbalanced input voltage》做了一定的改進(jìn)，不需要對(duì)電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流進(jìn)行正負(fù)序 分解，但是它需要一個(gè)比例諧振器（PR)對(duì)電流進(jìn)行控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法及裝 置，這種改進(jìn)的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制既可以在理想電網(wǎng)下運(yùn)行同時(shí)也可以在電網(wǎng) 電壓不平衡情況下良好運(yùn)行。
[0004] 基于上述目的本發(fā)明提供的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，包括：
[0005] 將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以 及電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)；進(jìn)一步通過1/4周期延遲函數(shù)得到電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)；
[0006] 根據(jù)得到的在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)以及電網(wǎng)側(cè) 電壓延遲信號(hào)，解析計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻有功功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值；并預(yù)測(cè) 下一時(shí)刻的有功功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值；
[0007] 計(jì)算得到控制目標(biāo)為消除有功和新型無功的二倍頻波動(dòng)及網(wǎng)側(cè)電流正弦的有功 功率給定值和新型無功功率給定值分別為傳統(tǒng)的有功功率給定值和無功功率給定值；
[0008] 由下一時(shí)刻的有功功率瞬時(shí)值和新型無功功率瞬時(shí)值以及計(jì)算得到的有功功率 給定值和無功功率給定值，經(jīng)過評(píng)估函數(shù)得到最優(yōu)的電壓矢量，該電壓矢量為雙矢量中的 有效矢量；
[0009] 以有功功率和新型無功功率脈動(dòng)最小為控制目標(biāo)計(jì)算得到有效矢量的作用時(shí)間， 其余時(shí)間為零矢量作用時(shí)間；由一個(gè)周期內(nèi)合成的雙矢量得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)開關(guān)管進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，所述將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo) 上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)；進(jìn)一步通過1/4周期延遲函數(shù)得到電網(wǎng)側(cè)電壓 延遲信號(hào)的步驟之前還包括：
[0011] 利用電壓LEM傳感器和電流LEM傳感器采樣整流器直流側(cè)電壓、電網(wǎng)側(cè)電壓和電 網(wǎng)電流；
[0012] 所述將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信 號(hào)以及電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)；進(jìn)一步通過1/4周期延遲函數(shù)得到電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)的步驟 中：
[0013] 將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以 及電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)，具體表達(dá)式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，其特征在于，包括： 將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及電 網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)；進(jìn)一步通過1/4周期延遲函數(shù)得到電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)； 根據(jù)得到的在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)以及電網(wǎng)側(cè)電壓 延遲信號(hào)，解析計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻有功功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值；并預(yù)測(cè)下一 時(shí)刻的有功功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值； 計(jì)算得到控制目標(biāo)為消除有功和新型無功的二倍頻波動(dòng)及網(wǎng)側(cè)電流正弦的有功功率 給定值和新型無功功率給定值分別為傳統(tǒng)的有功功率給定值和無功功率給定值； 由下一時(shí)刻的有功功率瞬時(shí)值和新型無功功率瞬時(shí)值以及計(jì)算得到的有功功率給定 值和無功功率給定值，經(jīng)過評(píng)估函數(shù)得到最優(yōu)的電壓矢量，該電壓矢量為雙矢量中的有效 矢量； 以有功功率和新型無功功率脈動(dòng)最小為控制目標(biāo)計(jì)算得到有效矢量的作用時(shí)間，其余 時(shí)間為零矢量作用時(shí)間；由一個(gè)周期內(nèi)合成的雙矢量得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)開關(guān)管進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，其特征在于，所述將電 網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及電網(wǎng)側(cè)電流 信號(hào)；進(jìn)一步通過1/4周期延遲函數(shù)得到電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)的步驟之前還包括： 利用電壓LEM傳感器和電流LEM傳感器采樣整流器直流側(cè)電壓、電網(wǎng)側(cè)電壓和電網(wǎng)電 流； 所述將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以 及電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)；進(jìn)一步通過1/4周期延遲函數(shù)得到電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)的步驟中： 將電網(wǎng)側(cè)電壓和電流通過3/2變換得到在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)以及電 網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)，具體表達(dá)式為：
其中，ea、ee分別為靜止α相坐標(biāo)和β相坐標(biāo)上 的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)；
其中，ia、ie分別為靜止a相坐標(biāo)和β相坐標(biāo) ， 上的電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)； 進(jìn)一步通過延遲1/4周期得到電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)，具體表達(dá)式為：

其中τ為一個(gè)工頻周期，對(duì)于50Hz電網(wǎng)來說為0. 02s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，其特征在于，所述根據(jù) 得到的在靜止兩相坐標(biāo)上的電網(wǎng)側(cè)電壓信號(hào)和電網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)以及電網(wǎng)側(cè)電壓延遲信號(hào)， 解析計(jì)算得到當(dāng)前時(shí)刻有功功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值；并預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的有功 功率瞬時(shí)值以及新型無功功率瞬時(shí)值的步驟中，有功功率瞬時(shí)值和傳統(tǒng)無功功率瞬時(shí)值的 表達(dá)式為：
新型無功功率瞬時(shí)值的表達(dá)式為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，其特征在于，所述計(jì)算 得到控制目標(biāo)為消除有功和新型無功的二倍頻波動(dòng)及網(wǎng)側(cè)電流正弦的有功功率給定值和 新型無功功率給定值分別為傳統(tǒng)的有功功率給定值和無功功率給定值的步驟中： 有功功率給定值為給定直流電壓與PWM整流器直流側(cè)電壓之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器并乘上 PWM整流器直流側(cè)電壓，具體表達(dá)式為：
無功功率給定值QMf設(shè)為零。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，其特征在于，所述評(píng)估 函數(shù)為：g = I PIef-Pk+1| +1 QIef-Qn°v'k+1|，
其中??；表示控制周期；對(duì)于兩電平變換器中的每個(gè)電壓矢量，通過上面兩個(gè)式子可以 得到相應(yīng)的下一時(shí)刻有功功率瞬時(shí)值和下一時(shí)刻新型無功功率瞬時(shí)值，進(jìn)一步代入評(píng)估函 數(shù)可以得到一個(gè)評(píng)估函數(shù)值；通過對(duì)所有電壓矢量進(jìn)行以上處理步驟，最終得到使評(píng)估函 數(shù)最小的電壓矢量即為最優(yōu)電壓矢量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法，其特征在于，以有功功 率以及新型無功功率脈動(dòng)最小為控制目標(biāo)計(jì)算得到有效矢量的作用時(shí)間的步驟中，所述有 效矢量作用時(shí)間的表達(dá)式為：
其中，Sl和s2表示任意時(shí)刻時(shí)有效矢量和零矢量的有功功率的變化率，sn和s 22表示 任意時(shí)刻時(shí)有效矢量和零矢量的新型無功功率的變化率，分別表示如下：
其中，是任意時(shí)刻通過評(píng)估函數(shù)選取的最優(yōu)電壓矢量；t。#為下一個(gè)控制周期內(nèi)的 最優(yōu)電壓矢量首先作用時(shí)間，其余時(shí)間則分配給零矢量作用，在各自時(shí)間內(nèi)分別發(fā)出對(duì)應(yīng) 電壓矢量的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖。
7. -種采用如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制方法的雙 矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制裝置，其特征在于，包括依次連接的三相電壓源、三相濾波電 感、整流橋主電路、直流側(cè)電容、負(fù)載；以及，分別從三相電壓源輸出端及三相濾波電感輸出 端進(jìn)行電壓、電流采樣的電壓電流采樣電路，對(duì)電壓電流采樣電路的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn) 算控制的DSP控制器，驅(qū)動(dòng)電路； 其中，所述電壓電流采樣電路利用電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器分別采集三相網(wǎng) 側(cè)交流電壓、交流電流和整流器直流側(cè)電壓，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入DSP控制器轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)；DSP控制器完成如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的雙矢量模型預(yù)測(cè)直接功率控制 方法的運(yùn)算，輸出六路PWM脈沖，然后經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后得到整流器的六個(gè)開關(guān)管的最終驅(qū) 動(dòng)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK104143932SQ201410363911
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張永昌, 曲昌琦 申請(qǐng)人:北方工業(yè)大學(xué)