简介：摘要：针对传统的电压定向直接功率控制（ V-DPC）在电网电压出现谐波等情况时，电压定位的准确性受影响的缺陷。本文根据三相电压型整流器的数学模型，将采用虚拟磁链的直接功率控制（ VF-DPC）和有限集模型预测控制（ FCS-MPC）相结合，提出一种基于虚拟磁链的模型预测功率控制策略（ VF-DPC-MPC）。本系统通过虚拟磁链推算出瞬时功率，实现了无交流电压传感器的控制，然后利用有限集模型预测的方法（ FCS-MPC），选取最佳的电压矢量的开关状态完成控制，从而优化系统性能。仿真表明本系统具有高动态性能，且鲁棒性较好，网侧电流谐波较小，实现了功率的准确跟踪，具有很好的应用前景。 关键词：模型预测控制；虚拟磁链；三相整流器；直接功率控制 1 引言 随着人类社会的发展，各行业都需要更高质量的电能，并且由于分布式能源的推行， PWM整流器因其动态响应灵敏、能量可双向流动、功率因数可控等优点，得到了极多应用 [1-3]。通过数十年的发展， PWM整流器被人们大量的使用，对其更高性能的追求也意味着必须有更好的控制技术。因此，研究人员通过做大量的测试，旨在找到更加高效的控制策略 [4]。一般控制方法可归类为直接电流控制与直接功率控制（ DPC）。直接电流控制利用同步旋转坐标系变换的解耦控制特性，将网侧电流解耦成有功分量和无功分量，由此来构成电流闭环控制系统 [5]。这种方法的优点是有着较小的静态误差与较快的动态响应速度，但其系统性能与电流内环控制的复杂度和相关参数的精确度关系很大 [6-7]；与直接电流控制相比，直接功率控制具有高功率因数、较好的动态性能、较低的电流畸变率等特点 [8]。 预测控制是一种最优化控制策略，在电力电子的领域越来越受到重视，主要有模型预测控制 (MPC)、广义预测控制（ GPC）、无差拍控制等。模型预测控制是通过系统模型来预测变量的变化趋势，根据最优化准则来确定最优的控制方式。这种预见性，比经典反馈控制系统收集现有信息再进行控制更加有效。将模型预测控制与直接功率控制结合，更使得网侧电流谐波明显减小，直流侧输出电压纹波得到极大改善 [9-11]。 本文提出了一直基于虚拟磁链的有限集模型预测功率控制的方法，取消了网侧电压传感器，降低了成本，有效防止因传感器失灵导致的控制策略失效，具有良好的稳定性与快速性；另一方面，通过有限集模型预测控制直接选择的有限开关状态，不需调制环节，控制更灵活 [12-13]。通过功率预测模型直接对磁链计算出的瞬时有功功率 P与无功功率 q进行未来变化的预测，得到最小的价值函数，从而确定最优空间电压矢量。最后通过 Matlab/Simulink的仿真验证了所提出的控制策略的可行性。 2 三相电压型整流器数学模型分析 三相两电平整流器拓扑结构如图 1所示，整流器中有 6个开关器件， ea、 eb、 ec分别为三相电网电压，网侧中性点为 n。在三相对称系统中每相输入线路等效电阻值为 R，每相电感值均为 L， ia、 ib、 ic和 ua、 ub、 uc分别为三相整流器的相电流和相电压。在任何一个工作状态，每一项只允许一个开关器件导通，因此上下开关必须满足互补的要求。故整流器开关状态为 Sj为三相单极性二值逻辑开关函数， j为 a、 b、 c。 图 1 三相两电平整流器拓扑结构图 图 2为三相电压型整流器的空间电压矢量图，由于本次研究的是两电平整流器，通过合理控制开关器件的开通与关断，整流器可提供 23=8种电压空间矢量，其中包括 6个有效电压矢量和 2个零矢量如图所示。从而可以推算出各种开关状态下的电压值，为下文模型预测控制提供矢量选择奠定基础。 图 2 三相 VSR空间电压矢量分布 假定三相电网处于平衡状态，取电流参考方向如图 1所示，则整流器在 坐标系下的电压方程为： (1) 式中 、 、 、 分别为三相电网电压和电流在 坐标下的分量； 、 为整流器输入电压在 坐标下的分量，根据 udc和整流器开关函数 Sa、 Sb、 Sc(Si=1为上桥臂导通； Si=0为下桥臂导通 )可得：

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