三相矩阵式隔离整流器的最优调制比模型预测控制策略*

doi:10.11985/2023.04.018

电气工程学报 ›› 2023, Vol. 18 ›› Issue (4): 161-170.doi: 10.11985/2023.04.018

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三相矩阵式隔离整流器的最优调制比模型预测控制策略^*

杨奕¹^,²(), 柏柳¹(), 郭强¹^,²()

1.重庆理工大学电气与电子工程学院重庆 400054
2.重庆理工大学重庆市能源互联网工程技术研究中心重庆 400054

收稿日期:2022-11-30 修回日期:2023-05-20 出版日期:2023-12-25 发布日期:2024-01-12
通讯作者: 郭强，男，1984年生，博士，副教授。主要研究方向为大功率变流器及控制技术。E-mail：guoqiang@cqut.edu.cn
作者简介:杨奕，男，1970年生，硕士，教授。主要研究方向为电能变换与控制、无线电能传输技术、电动汽车智能充电技术。E-mail：yangyi@cqut.edu.cn
柏柳，女，1998年生，硕士研究生。主要研究方向为三相矩阵式隔离整流器。E-mail：997808693@qq.com
基金资助:
*重庆市教委科学技术研究计划(KJQN202001128);重庆理工大学研究生校级联合(gzlcx20223048);重庆市巴南区科技成果转化及产业化专项(2020TJZ005)

Optimal Modulation Ratio Model Predictive Control Strategy for Three-phase Matrix Isolation Rectifier

YANG Yi¹^,²(), BAI Liu¹(), GUO Qiang¹^,²()

1. School of Electrical and Electronic Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054
2. Chongqing Energy Internet Engineering Technology Research Center,Chongqing University of Technology, Chongqing 400054

Received:2022-11-30 Revised:2023-05-20 Online:2023-12-25 Published:2024-01-12

摘要/Abstract

摘要：

以三相矩阵式隔离整流器(Three-phase matrix isolation rectifier，3MIR)为研究对象，为减小网侧电流畸变率、维持输出电压恒定、加快系统动态响应速度，对传统模型预测控制策略改进，提出一种基于最优调制比的模型预测电流控制策略。首先，通过3MIR离散化数学模型预测网侧电流值，以最小网侧电流误差作为控制目标构建评价函数；其次，为了实现系统固定开关频率、减少运算量，利用评价函数求导最小电流误差对应的最优调制比，并结合双极性电流空间矢量调制策略产生脉冲信号驱动功率开关工作；最后，将所提模型预测控制与传统双闭环PI控制、传统模型预测控制进行仿真对比，仿真结果验证了所提控制策略可行性和有效性。

关键词: 矩阵变换器, 隔离型整流器, 模型预测控制, 双极性电流空间矢量调制

Abstract:

Taking the three-phase matrix isolation rectifier(3MIR) as the research object, in order to reduce the current distortion rate at the grid side, maintain the constant output voltage and speed up the dynamic response speed of the system, the traditional model predictive control strategy is improved, and a model predictive current control strategy based on the optimal modulation ratio is proposed. Firstly, the network side current is predicted by 3MIR discrete mathematical model, and the evaluation function is constructed with the minimum network side current error as the control objective. Secondly, in order to fix the switching frequency and reduce the amount of calculation, the optimal modulation ratio corresponding to the minimum current error is derived by the evaluation function, and the pulse signal is generated combined with the bipolar current space vector modulation strategy to drive the power switch. Finally, the proposed model predictive control is compared with the traditional double closed-loop PI control and the traditional model predictive control. The simulation results verify the feasibility and effectiveness of the proposed control strategy.

Key words: Matrix converter, isolation rectifier, model predictive control, bipolar current space vector modulation

中图分类号:

TM461

杨奕, 柏柳, 郭强. 三相矩阵式隔离整流器的最优调制比模型预测控制策略^*[J]. 电气工程学报, 2023, 18(4): 161-170.

YANG Yi, BAI Liu, GUO Qiang. Optimal Modulation Ratio Model Predictive Control Strategy for Three-phase Matrix Isolation Rectifier[J]. Journal of Electrical Engineering, 2023, 18(4): 161-170.

图/表 11

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表1

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表2

参考文献 22

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参数	数值
输入相电压幅值U_m/V	311
电网频率f_m/Hz	50
开关频率f_s/kHz	100
网侧滤波电感L_s/μH	30
网侧滤波电容C_s/μF	5
高频变压器变比	1∶1
直流侧电感L_o/μH	450
直流侧电容C_o/μF	150
直流侧电压给定值U^*_o/V	400
负载电阻R/Ω	20

评价指标	双闭环PI控制策略	传统模型预测策略	本文所提控制策略
开关频率	固定	不固定	固定
系统运算量	小	大	小
PI控制器数量	2	0	1
谐波含量	高	较低	低
有功、无功波动范围	宽	较窄	窄
输出纹波	小	小	非常小
动态响应速度	较慢	迅速	迅速

三相矩阵式隔离整流器的最优调制比模型预测控制策略^*

Optimal Modulation Ratio Model Predictive Control Strategy for Three-phase Matrix Isolation Rectifier

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