混合VIENNA整流器模型预测控制

发布时间：2020-06-20 14:34

【摘要】：随着工业的发展,电网负荷越来越重,对电能质量的要求越来越高,电能质量成为了一个不可回避的问题。传统三相二极管不可控整流器在大功率场合被普遍应用,但其会对电网造成谐波污染,一种混合VIENNA整流器为大功率整流提供了一个新的解决方案。针对混合VIENNA整流器这种混合型电路拓扑,研究其控制策略具有十分重要的意义。本文将有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)引入到混合VIENNA整流器中,并对其控制集进行优化以解决传统FCS-MPC(Conventional FCS-MPC,C-FCS-MPC)计算负担重的问题。首先,分析了混合VIENNA整流器的工作原理,建立了其数学模型。将传统的电压定向电流解耦控制算法引入到混合VIENNA系统中,并给出了功率分配方案以及控制系统实现方案。然后重点研究了混合VIENNA整流器的FCS-MPC控制策略,针对混合VEINNA整流器两部分电路分别建立相应的离散数学模型、开关状态表,依据控制需求建立了价值函数,给出了系统的C-FCS-MPC综合实现方案;针对C-FCS-MPC策略计算负担重的缺陷,提出一种基于控制集划分的简化有限集模型预测控制(Simplified FCS-MPC,S-FCS-MPC)方法,对该方案进行了理论分析,并论证了该方案在混合VIENNA整流器上应用的可行性和有效性。最后,针对混合VIENNA整流器中点电位不平衡问题,分析了中点电位不平衡的原因,给出基于S-FCS-MPC策略的中点电位平衡控制解决方案。搭建一台基于TMS320F2812型DSP控制器的混合VIENNA整流器实验样机,对混合VIENNA整流器的电压定向电流解耦控制、S-FCS-MPC策略及中点平衡控制算法进行了实验验证,结果证明了所提控制方案的正确性与可行性,且较传统方法,S-FCS-MPC具有更优的动态控制性能。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM461
【图文】：

框图,实验样机,整流器

第 5 章系统软硬件设计5 系统软硬件设计5.1 系统实现方案混合 VIENNA 整流器是由 VIENNA 整流器与级联 Boost 变换器的三相二极管整流器并联而成的系统，搭建的混合 VIENNA 整流器实验样机如图 5-1 所示。图 5-2 所示为该系统的实现框图，系统整体由主功率电路、控制板、采样电路以及开关电源等模块组成。其中，主功率电路包括滤波电感、整流模块、升压模块、直流侧滤波电容等部分；控制板基于 TI 公司的TMS320F2812型 DSP 组成，同时配合以采样电路、调理电路等构成控制板。系统通过对网侧电压、电流、输出电压进行采样，经由调理电路处理采样信号后输入 DSP，然后在 DSP 的中断中进行双闭环控制，产生驱动信号，进而实现对混合 VIENNA 整流器的双闭环控制。

波形,整流器,解耦控制,总输入

按照表 6-1 所示实验参数对基于电压定向电流解耦控制策略的混合 VIENNA 整流器的双闭环控制进行了实验验证。图6-1为系统在功率分配比为50%:50%情况下的稳态输入及输出波形。其中，图6-1(a)是混合 VIENNA 整流器的输出直流电压、并联两部分的输入电流以及总输入电流的实验波形，由波形可知，直流电压可以稳定于 200V 的给定值左右，并且电压波动较小；由VIENNA 整流器输入电流与二极管整流器的输入电流相加而成的总输入电流有良好的正弦度。图 6-1(b)是对系统总输入电流的谐波分析结果，可知，总输入电流的THD = 4.63%，小于 5%的网侧电流指标，满足谐波要求。图 6-1(c)是混合 VIENNA 整流器的网侧 b 相电压、总输入 b 相电流的波形，可知，总输入电流与输入电压无相位差

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