一種pwm整流器功率內(nèi)環(huán)控制器及其控制方法
【專利摘要】一種PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器，所述的功率內(nèi)環(huán)控制器包括功率估算模塊、功率修正模塊、功率預(yù)測模塊和SVPWM開關(guān)信號輸出模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換和3s/2s變換的信號與功率內(nèi)環(huán)控制器的功率估算模塊連接，功率估算模塊與功率修正模塊連接，功率修正模塊與功率預(yù)測模塊連接，功率預(yù)測模塊與SVPWM開關(guān)信號輸出模塊連接，SVPWM開關(guān)信號輸出模塊與功率開關(guān)器件連接。本發(fā)明有益效果：用非線性控制方法模型預(yù)測算法作為控制器的主要控制方法，實現(xiàn)固定的開關(guān)頻率。具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，有效降低了交流測電流總諧波失真(THD)，實現(xiàn)了交流側(cè)單位功率因數(shù)，當(dāng)直流側(cè)給定電壓突變時，直流側(cè)電壓具有良好的跟隨性。
【專利說明】
-種PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子領(lǐng)域，具體地說是一種PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器及其控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Pmi整流器主要采用的是電壓外環(huán)功率內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的直接功率控制是 將滯環(huán)比較器和開關(guān)表結(jié)合，通過將功率信息傳送到滯環(huán)比較器進行比較輸出比較結(jié)果來 和預(yù)先制定好的開關(guān)表進行比較，選擇出最佳的開關(guān)信號來驅(qū)動功率開關(guān)。運種傳統(tǒng)的控 制策略雖然繼承了整流器非線性特性，但是開關(guān)表的精準(zhǔn)程度會影響控制信號的選擇，如 果開關(guān)信號選擇不當(dāng)會引起功率失控，還會引起開關(guān)頻率不固定，網(wǎng)側(cè)電流諧波分量高，系 統(tǒng)調(diào)節(jié)時間長等問題。功率前饋解禪PI控制也是常見的另一種傳統(tǒng)控制方案，運種方案是 將PI調(diào)節(jié)器和調(diào)制器相結(jié)合改進而來的，本質(zhì)上屬于線性控制。運種方案的缺點是在動態(tài) 情況下，采用線性控制方法控制非線性系統(tǒng)會造成動態(tài)響應(yīng)慢，而且運種方案在內(nèi)環(huán)又引 入了 PI環(huán)節(jié)，運與直接功率控制的初衷是不符的，因此運種改進方案仍有待改進。本發(fā)明將 模型預(yù)測理論與二階拉格朗日插值法相結(jié)合，對下一個采樣周期的有功功率和無功功率變 化進行預(yù)測，完成對下一個周期開始時功率給定值的跟蹤控制，并采用空間矢量脈寬調(diào)制 (SVPWM)產(chǎn)生PWM信號驅(qū)動整流器功率開關(guān)，實現(xiàn)固定的開關(guān)頻率。本方法具有良好的動態(tài) 和穩(wěn)態(tài)性能，有效降低了交流測電流總諧波失真(THD)，實現(xiàn)了交流側(cè)單位功率因數(shù)，當(dāng)直 流側(cè)給定電壓突變時，直流側(cè)電壓具有良好的跟隨性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器及其控制方 法，用非線性控制方法模型預(yù)測算法作為控制器的主要控制方法，實現(xiàn)固定的開關(guān)頻率。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種Pmi整流器功率內(nèi)環(huán)控制 器，通過傳感器采集出的交流側(cè)母線電壓、電流與信號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊的信號 輸出端與DSP控制器連接，所述的DSP控制器內(nèi)依次設(shè)有3s/2s變換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和功 率內(nèi)環(huán)控制器，所述的功率內(nèi)環(huán)控制器包括功率估算模塊、功率修正模塊、功率預(yù)測模塊和 SVPWM開關(guān)信號輸出模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換和3s/2s變換的信號與功率內(nèi)環(huán)控制器的功率估算 模塊連接，功率估算模塊與功率修正模塊連接，功率修正模塊與功率預(yù)測模塊連接，功率預(yù) 測模塊與SVPWM開關(guān)信號輸出模塊連接，SVPWM開關(guān)信號輸出模塊與功率開關(guān)器件連接。
[0005] -種PWM整流器內(nèi)環(huán)控制器的控制方法，包括W下步驟： 步驟一、信號的調(diào)理:從傳感器采集來的=相電壓、電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波 處理，去除干擾的毛刺信號； 步驟二、從檢電路出來的信號，進入DSP控制器進行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字量化之后進行3s/2s 變換，從=相靜止體系轉(zhuǎn)換到二相靜止坐標(biāo)系上； 步驟=、功率估算:根據(jù)瞬時功率理論，估算出在兩相巧，P靜止系下的瞬時有功無功功 率末
,其中，P為瞬時有功功率，q為瞬時無功功率，貨泣、e替分別為按，P:靜 止坐標(biāo)系下的電壓，％ Jp分別為巧，詞靜止坐標(biāo)系下的電流； 步驟四、功率修正：根據(jù)二階拉格朗日插值法對期望的有功無功功率進行修正，
，其中於*《釋)為在第K個采樣周期P的期 望值，貧啊為第K個采樣周期q的期望值； 步驟五、直流母線檢測電路的電壓信號進入DSP控制器進行A/D轉(zhuǎn)換得到直流母線電壓 Il漱，據(jù)艙經(jīng)過PI控制器得到有功功率的指令值1?茲； 步驟六、功率預(yù)測:將步驟五中得到的彩耗f和步驟立得到的信號進行功率預(yù)測，為實現(xiàn)單 位功率因數(shù)，將1>!姑設(shè)置為0,根據(jù)模型預(yù)測算法的理論，提前預(yù)測出SVPWM下個采樣周期的輸入 信對輪、恐P，即
其中，嚴(yán)為采樣周期，玄為交流側(cè)電感值； 步驟屯、將步驟五得到的鶴較和步驟六中得到的瓢鄉(xiāng)進行SVP歷，輸出響應(yīng)的開關(guān) 信號來控制整流器中功率開關(guān)的通斷。
[0006] 本發(fā)明所述DSP控制器為DSP28335。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是:傳統(tǒng)的直接功率控制通常采用屬于線性控制的滯環(huán)比較器 或PI控制器，但實際上整個系統(tǒng)由于經(jīng)過網(wǎng)側(cè)電感和直流側(cè)電容已經(jīng)存在非線性屬于非線 性系統(tǒng)，本發(fā)明用非線性控制方法模型預(yù)測算法作為控制器的主要控制方法，實現(xiàn)固定的 開關(guān)頻率。通過功率預(yù)測來推算出下一個采樣周期的瞬時的有功功率和無功功率的變化， 應(yīng)用空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM)技術(shù)通過對電壓矢量的選擇和作用時間進行確定，從而驅(qū) 動功率開關(guān);并通過二階拉格朗日差值法對功率誤差進行修正。運種W模型預(yù)測為控制核 屯、的P-DPC，不僅繼承了傳統(tǒng)DPC的優(yōu)點，也克服其缺點，而且P-DPC的功率內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)簡單、控 制容易，并可W實現(xiàn)固定的開關(guān)頻率;具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，有效降低了交流測電流 總諧波失真(THD)，實現(xiàn)了交流側(cè)單位功率因數(shù)，當(dāng)直流側(cè)給定電壓突變時，直流側(cè)電壓具 有良好的跟隨性。
【附圖說明】
[000引圖1為本發(fā)明PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器系統(tǒng)框圖； 圖2為本發(fā)明功率內(nèi)環(huán)控制器應(yīng)用到PWM整流器控制圖。
[0009] 圖中標(biāo)記:1、功率估算模塊，2、功率修正模塊，3、功率預(yù)測模塊，4、SVPWM開關(guān)信號 輸出模塊，5、信號調(diào)理模塊。
【具體實施方式】
[0010] -種PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器，通過傳感器采集出的交流側(cè)母線電壓、電流與信 號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊的信號輸出端與DSP控制器連接，所述的DSP控制器內(nèi)依次 設(shè)有3s/2s變換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和功率內(nèi)環(huán)控制器，所述的功率內(nèi)環(huán)控制器包括功率估 算模塊1、功率修正模塊2、功率預(yù)測模塊3和SVPWM開關(guān)信號輸出模塊4,通過A/D轉(zhuǎn)換和3s/ 2s變換的信號與功率內(nèi)環(huán)控制器的功率估算模塊1連接，功率估算模塊1與功率修正模塊2 連接，功率修正模塊2與功率預(yù)測模塊3連接，功率預(yù)測模塊3與SVPWM開關(guān)信號輸出模塊4連 接，SVPWM開關(guān)信號輸出模塊4與功率開關(guān)器件連接。
[ocm] -種PWM整流器內(nèi)環(huán)控制器的控制方法，包括W下步驟： 步驟一、信號的調(diào)理:從傳感器采集來的=相電壓、電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波 處理，去除干擾的毛刺信號； 步驟二、從檢電路出來的信號，進入DSP控制器進行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字量化之后進行3s/2s 變換，從=相靜止體系轉(zhuǎn)換到二相靜止坐標(biāo)系上； 步驟=、功率估算:根據(jù)瞬時功率理論，估算出在兩相狡，P靜止系下的瞬時有功無功功 率)
其中，P為瞬時有功功率，q為瞬時無功功率，、巧分別為泣，P靜止 坐標(biāo)系下的電壓，：b、|p分別為a，P靜止坐標(biāo)系下的電流； 步驟四、功率修正：根據(jù)二階拉格朗日插值法對期望的有功無功功率進行修正，
，其中難!)為在第K個采樣周期P的期 望值，貧錢轉(zhuǎn)為第K個采樣周期q的期望值； 步驟五、直流母線檢測電路的電壓信號進入DSP控制器進行A/D轉(zhuǎn)換得到直流母線電壓 Udc，縣想經(jīng)過PI控制器得到有功功率的指令值Pwif; 步驟六、功率預(yù)測:將步驟五中得到的Pref和步驟立得到的信號進行功率預(yù)測，為實現(xiàn)單位 功率因數(shù)，將Pref設(shè)置為0，根據(jù)模型預(yù)測算法的理論，提前預(yù)測出SVPWM下個采樣周期的輸入 信號城a、嗎，即：
其中，茲為采樣周期，左為交流側(cè)電感值； 步驟屯、將步驟五得到的1}如和步驟六中得到的山3、巧進行SVP歷，輸出響應(yīng)的開關(guān) 信號來控制整流器中功率開關(guān)的通斷。
[0012] DSP 控制器為 DSP28335。
[0013] 首先對有功無功功率進行修正。在模型預(yù)測直接功率控制過程中，希望下一個周 期功率的期望值和實際值相同，但是在實際過程中下一個周期功率的期望值和實際值會存 在一定的誤差，而整個系統(tǒng)的性能主要取決于預(yù)測功率的精確性，所W為了減少下一個周 期功率的期望值和實際值的誤差，采用二階拉格朗日插值法能起到減少誤差的效果。
[0014] 其次針對傳統(tǒng)的功率內(nèi)環(huán)控制方法，不能實現(xiàn)固定的開關(guān)頻率，為了增加開關(guān)信 號的準(zhǔn)確性，就要增加開關(guān)表的精確性或者數(shù)量，運對功率器件和DSP的要求都很大，而且 對電感參數(shù)非常敏感，一旦電感量進行變化，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。本發(fā)明提出的一種PWM整流器 功率內(nèi)環(huán)控制器，通過應(yīng)用模型預(yù)測理論和二階拉格朗日插值法實現(xiàn)了固定的開關(guān)頻率， 并且系統(tǒng)對電感參數(shù)不敏感，提高了系統(tǒng)的魯棒性。
[0015]有功無功功率進行修正主要是針對下一個周期功率的期望值和實際值所存在的 誤差，W減少它們的誤差。模型預(yù)測算法減少了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，實現(xiàn)了固定開關(guān)頻率。經(jīng) 過運種新型功率內(nèi)環(huán)控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)功率的快速跟蹤，減少直流母線電壓波動，當(dāng)直流側(cè) 給定電壓突變時，直流側(cè)電壓具有良好的跟隨性。
【主權(quán)項】
1. 一種PWM整流器功率內(nèi)環(huán)控制器，通過傳感器采集出的交流側(cè)母線電壓、電流與信號 調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊的信號輸出端與DSP控制器連接，所述的DSP控制器內(nèi)依次設(shè) 有3s/2s變換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和功率內(nèi)環(huán)控制器，其特征在于:所述的功率內(nèi)環(huán)控制器包 括功率估算模塊（1)、功率修正模塊(2)、功率預(yù)測模塊(3)和SVPWM開關(guān)信號輸出模塊(4)， 通過A/D轉(zhuǎn)換和3s/2s變換的信號與功率內(nèi)環(huán)控制器的功率估算模塊（1)連接，功率估算模 塊（1)與功率修正模塊(2)連接，功率修正模塊(2)與功率預(yù)測模塊(3)連接，功率預(yù)測模塊 (3)與SVPWM開關(guān)信號輸出模塊(4)連接，SVPWM開關(guān)信號輸出模塊(4)與功率開關(guān)器件連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pmi整流器內(nèi)環(huán)控制器的控制方法，其特征在于:包括W 下步驟： 步驟一、信號的調(diào)理:從傳感器采集來的Ξ相電壓、電流分量，經(jīng)過檢測電路，進行濾波 處理，去除干擾的毛刺信號； 步驟二、從檢電路出來的信號，進入DSP控制器進行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字量化之后進行3s/2s 變換，從Ξ相靜止體系轉(zhuǎn)換到二相靜止坐標(biāo)系上； 步驟Ξ、功率估算:根據(jù)瞬時功率理論，估算出在兩相趙，P靜止系下的瞬時有功無功功 率關(guān)，其中，P為瞬時有功功率，q為瞬時無功功率，分別為巧，P靜止 坐標(biāo)系下的電壓，分別為滋，P靜止坐標(biāo)系下的電流； 步驟四、功率修正：根據(jù)二階拉格朗日插值法對期望的有功無功功率進行修正，，其中滬為在第Κ個采樣周期Ρ的期 望值，多嗎卿力第K個采樣周期q的期望值； 步驟五、直流母線檢測電路的電壓信號進入DSP控制器進行A/D轉(zhuǎn)換得到直流母線電壓 汾艙，觀漱經(jīng)過PI控制器得到有功功率的指令值終茲； 步驟六、功率預(yù)測:將步驟五中得到的終法和步驟Ξ得到的信號進行功率預(yù)測，為實現(xiàn)單位 功率因數(shù)，將Pref設(shè)置為0,根據(jù)模型預(yù)測算法的理論，提前預(yù)測出SVPWM下個采樣周期的輸入 信號騙、辦，即其中，返為采樣周期，玄為交流側(cè)電感值； 步驟屯、將步驟五得到的巧也和步驟六中得到的稱苗.、雌進行SVPWM，輸出響應(yīng)的開關(guān)信 號來控制整流器中功率開關(guān)的通斷。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種PWM整流器內(nèi)環(huán)控制器的控制方法，其特征在于:所述 DSP控制器為DSP28335。
【文檔編號】H02M7/217GK105978368SQ201610507961
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】范波, 張帆, 徐翔, 王珂, 曾佳
【申請人】范波