三相电压型PWM整流器：定频模型预测控制策略

"本文主要探讨了三相电压型脉宽调制整流器(voltage source PWM rectifier, VSR)的定频模型预测控制(model predictive control with fixed switching frequency, FSF-MPC)方法，旨在解决传统模型预测控制(MPC)中的高采样频率和开关频率不稳定性问题。作者通过分析三相VSR中不同电压矢量在六个扇区对d、q轴电流的影响，建立了基于电流预测的控制策略，以最小化电流误差为目标，计算每个电压矢量的作用时间。通过应用空间矢量调制技术(Space Vector Modulation, SVM)，实现了在固定时间间隔内的开关状态控制，确保了模型预测控制的定频特性。实际1kW样机的仿真和实验结果显示，与不定频模型预测控制相比，FSF-MPC方法具有恒定的开关频率，降低了对高采样频率的依赖，减少了电流纹波和失调，从而提高了三相VSR系统的整体性能。" 在电力电子领域，模型预测控制是一种先进的控制策略，它能够考虑系统未来行为的预测信息，以优化当前的控制决策。然而，传统的MPC通常需要较高的采样频率，这可能导致硬件复杂度增加、实时性降低以及开关频率的不确定性，从而影响系统的稳定性和效率。 该文提出的FSF-MPC针对这些问题进行了改进，通过分析三相VSR的电压矢量对电流瞬时变化的影响，建立了一个电流预测模型。在这个模型中，控制器在固定的时间间隔内，根据当前和预测的电流误差，计算出最优的电压矢量组合及其作用时间，以达到最小化电流误差的目标。这一过程确保了开关频率的恒定，降低了对高速采样硬件的需求。 空间矢量调制是PWM技术的一种，通过精确地安排开关器件的开闭顺序和时间，可以实现对输出电压的精确控制，同时减少谐波含量。在FSF-MPC中，SVM被用来根据计算出的电压矢量作用时间来确定功率器件的开关状态，以实现定频控制。 实验结果证明，FSF-MPC不仅能够维持稳定的开关频率，而且在不提高采样频率的情况下，显著降低了电流波动和失真，提高了系统效率和动态响应，这对于三相VSR在工业应用中的广泛应用具有重要意义。因此，这种定频模型预测控制策略对于优化电力转换系统性能，尤其是在能源转换、电机驱动和电力质量改善等领域具有广阔的应用前景。