CN104022662B - 基于模型预测控制的pwm整流器控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模型预测控制的PWM整流器控制方法，包括：计算并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率；结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量；以参考复功率矢量所在的位置为基准，将所判断的扇区分成两个小部分，根据参考复功率矢量所在的位置选择次最优电压矢量；通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号。本发明还公开了一种基于模型预测控制的PWM整流器控制装置。本发明提供的PWM整流器控制方法及装置具有计算量小、容易实现、动态相应快、稳态性能好等特点。

Description

基于模型预测控制的PWM整流器控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是指一种基于模型预测控制的PWM整流器控制方法及装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，PWM整流控制技术成为获得高功率因数低谐波分量的关键。在理想电网电压下，PWM整流器的经典控制方法包括：电网电压定向控制(voltageoriented control，VOC)和直接功率控制(direct power control，DPC)。VOC是一种基于同步旋转坐标的矢量控制方式，系统采用电压、电流双闭环结构，用线性的PI控制器实现精确电流控制，实现有功和无功的解耦控制。但是VOC的性能主要依赖于对PI参数的调节，控制较复杂、动态响应较慢。相比于VOC，DPC由于不需要电流环，只通过查开关表选择合适的电压矢量对系统的功率进行直接调节，所以它具有优越的功率控制性能，并且DPC结构简单、控制精度高、动态响应快。但其主要缺点是开关频率不固定，且对系统采样频率要求高，如中国专利CN201110394207.8和CN200510108315.9。

近年来，模型预测控制(model predictive control，MPC)已经成为了一个新的研究热点，在各种各样的预测方法中，有限控制集模型预测控制(Finite control set modelpredictive control，FCS-MPC)是比较经典的，它直接利用变换器的离散开关状态特性，定义一个目标函数，对每个变换器电压矢量进行滚动优化，最终选取使得目标函数最小的电压矢量。但是该控制算法复杂、计算量大。针对于这种情况，可以利用快速选择矢量法减小计算量，并利用最优电压矢量和零矢量的结合作为交流侧指令电压。但是，在特殊情况下最优电压矢量和零矢量的结合并不能使控制系统的性能达到最佳。

因此，需要开发出一种简单有效的方法，在利用快速选择矢量法的同时，又能够通过矢量的最优组合，进一步完善提高系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于模型预测控制的PWM整流器控制方法及装置，相比于传统的模型预测控制方法(一个最优矢量与一个零矢量的组合)，该方法对于次最优电压矢量的选择更具有针对性，从而可以更进一步的提高系统的动态性能和稳态性能。

基于上述目的本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法，包括：

根据任意当前时刻的采样电网电压、电网电流和整流器交流侧电压计算并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率；

结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量；

以参考复功率矢量所在的位置为基准，将所判断的扇区分成两个小部分，根据参考复功率矢量所在的位置选择次最优电压矢量；

通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号。

在一些实施方式中，所述根据任意时刻的采样电网电压、电网电流和整流器交流侧电压计算并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率的步骤包括：

利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流，并通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号、电流信号；

给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压得到有功功率初始给定值；无功功率的初始给定值设为零；

由所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号计算并由预测模型预测得到下一时刻有功功率和无功功率。

在一些实施方式中，所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号的具体计算公式为：

其中，e_α、e_β分别为静止的α相和β相坐标上的电压信号；

其中，i_α、i_β分别为静止的α相和β相坐标上的电流信号；

三相PWM整流器在静止坐标上的数学模型公式为：

在三相电网电压平衡且正弦条件下，复功率导数的计算公式为：

在一些实施方式中，所述有功功率初始给定值通过给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上PWM整流器直流侧电压而得到，具体计算公式表示为：

其中，为给定直流电压，U_dc为PWM整流器直流侧电压，k_p和k_i分别为PI调节器中的比例增益和积分增益。

在一些实施方式中，所述由所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号计算并由预测模型预测得到下一时刻有功功率和无功功率的步骤包括：

分解得到不同电压矢量对有功功率和无功功率的变化率，计算任意当前时刻的有功功率和无功功率，在一个控制周期内，由预测模型预测本控制周期结束后，下一时刻的初始有功功率和无功功率，具体计算公式为：

其中，P_k、Q_k分别为任意当前时刻的有功功率和无功功率，t_sc为控制周期。

在一些实施方式中，所述结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量的步骤包括：

将初始有功功率和无功功率给定值作为PWM整流器控制的功率给定值输入；

通过预测得到的有功功率和无功功率的实际值；

采用快速矢量选择方法，在两相旋转坐标系下，以复功率共轭的负值为变量，在下一时刻，零矢量或非零矢量作用下，判断复功率共轭的负值与其给定值之间的误差，具体计算公式为：

其中，-S^*为复功率共轭的负值，-S^*ref为复功率共轭的负值给定值；

判断|Δ(-S_v ^*)^k+1|<|Δ(-S₀ ^*)^k+1|是否成立；

若成立，则与零矢量作用后的误差距离最近的非零矢量即为最优电压矢量；

若不成立，则选取零矢量为最优电压矢量。

在一些实施方式中，所述以参考复功率矢量所在的位置为基准，将所判断的扇区分成两个小部分，根据参考复功率矢量所在的位置选择次最优电压矢量的步骤包括：

在公式成立的前提下，判断是否成立；

若成立，则选择参考复功率矢量所在的扇区号下一扇区的电压矢量作为次最优电压矢量，否则选择参考复功率矢量所在的扇区号上一扇区的电压矢量作为次最优电压矢量；

若公式不成立，则次最优电压矢量为零矢量。

在一些实施方式中，所述通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号的步骤包括：

根据所选择的最优电压矢量，得到所对应的复功率共轭的负值误差为：

其中，ν_opt为最优电压矢量；

令上述等式为零，得到最优电压矢量在一个控制周期内的作用时间：

得出最优电压矢量的占空比duty＝t_opt/T_sc，其中，f₁＝1.5Eν_i/L、f₂＝1.5Eν_opt/L；

通过公式ν＝(ν_c1*duty+ν_c2*(1-duty))*U_dc得到整流器交流侧指令电压值；

进一步得到PWM整流器中六个开关器件的驱动信号，其中ν_c1/ν_c2/U_dc为最优电压矢量/次最优电压矢量/直流母线电压。

本发明还提供了一种采用所述基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置，包括依次连接的三相电压源、三相滤波电感、整流桥主电路、直流侧电容、负载；以及，分别从三相电压源输出端及三相滤波电感输出端进行电压、电流采样的电压电流采样电路，对电压电流采样电路的电压电流数据进行运算控制的DSP控制器，驱动电路；

其中，所述电压电流采样电路利用电压霍尔传感器采集三相网侧交流电压和整流器直流侧电压，利用电流霍尔传感器采集三相网侧交流电流，经过信号调理电路后进入DSP控制器转换为数字信号；DSP控制器完成如权利要求1-8任意一项所述的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的运算，输出六路PWM脉冲，最后经过驱动电路得到整流器的六个开关管的驱动信号。

从上面所述可以看出，本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法及装置，旨在将两个电压矢量的最优组合引入到传统的模型预测控制中，先计算出最优电压矢量，然后再根据参考复功率矢量所在的位置判断出次最优电压矢量；以传统的模型预测控制为基础，采用快速矢量选择法大大降低了系统算法的复杂性，降低了程序运行时间；在一个控制周期内，采用两个电压矢量的最优组合作为整流器交流侧指令电压，可以更一步的提高系统的动态和稳态性能，大大的减少了功率脉动，很大程度上减小了网侧电流的谐波畸变。

附图说明

图1为本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置的一个实施例的系统硬件结构图示意图；

图3为本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置的另一个实施例的框图示意图；

图4为基于传统双矢量的模型预测控制有功阶跃响应实验结果示意图；

图5为基于本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的模型预测控制有功阶跃响应实验结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参照附图1，为本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的一个实施例的流程示意图。

所述基于模型预测控制的PWM整流器控制方法，包括：

步骤101：根据任意当前时刻的采样电网电压、电网电流和整流器交流侧电压计算并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率；

步骤102：结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量；

步骤103：以参考复功率矢量所在的位置为基准，将所判断的扇区分成两个小部分，根据参考复功率矢量所在的位置选择次最优电压矢量；

步骤104：通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号。

参照附图2，为本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置的一个实施例的系统硬件结构图示意图。

结合参照附图1，所述采用所述基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置，包括依次连接的三相电压源、三相滤波电感L(图中R为等效电阻)、整流桥主电路、直流侧电容C、负载R；以及，分别从三相电压源输出端及三相滤波电感输出端进行电压、电流采样的电压电流采样电路，对电压电流采样电路的电压电流数据进行运算控制的DSP控制器，驱动电路；

其中，所述电压电流采样电路利用电压霍尔传感器采集三相网侧交流电压和整流器直流侧电压，利用电流霍尔传感器采集三相网侧交流电流，经过信号调理电路后进入DSP控制器转换为数字信号；DSP控制器完成如权利要求1-8任意一项所述的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的运算，输出六路PWM脉冲，最后经过驱动电路得到整流器的六个开关管的驱动信号。

较佳的，所述根据任意时刻的采样电网电压、电网电流和整流器交流侧电压计算并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率的步骤包括：

利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网侧电压和电网电流，并通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号、电流信号；

给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压得到有功功率初始给定值；无功功率的初始给定值设为零；

由所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号计算并由预测模型预测得到下一时刻有功功率和无功功率。

可选的，所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号的具体计算公式为：

其中，e_α、e_β分别为静止的α相和β相坐标上的电压信号；

其中，i_α、i_β分别为静止的α相和β相坐标上的电流信号；

三相PWM整流器在静止坐标上的数学模型公式为：

在三相电网电压平衡且正弦条件下，复功率导数的计算公式为：

进一步的，所述有功功率初始给定值通过给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上PWM整流器直流侧电压而得到，具体计算公式表示为：

其中，为给定直流电压，U_dc为PWM整流器直流侧电压，k_p和k_i分别为PI调节器中的比例增益和积分增益。

较佳的，所述由所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号计算并由预测模型预测得到下一时刻有功功率和无功功率的步骤包括：

分解得到不同电压矢量对有功功率和无功功率的变化率，计算任意当前时刻的有功功率和无功功率，在一个控制周期内，由预测模型预测本控制周期结束后，下一时刻的初始有功功率和无功功率，具体计算公式为：

其中，P_k、Q_k分别为任意当前时刻的有功功率和无功功率，t_sc为控制周期。

进一步的，所述结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量的步骤包括：

将初始有功功率和无功功率给定值作为PWM整流器控制的功率给定值输入；

通过预测得到的有功功率和无功功率的实际值；

采用快速矢量选择方法，在两相旋转坐标系下，以复功率共轭的负值为变量，在下一时刻，零矢量或非零矢量作用下，判断复功率共轭的负值与其给定值之间的误差，具体计算公式为：

其中，-S^*为复功率共轭的负值，-S*^ref为复功率共轭的负值给定值；

判断|Δ(-S_v ^*)^k+1|<|Δ(-S₀ ^*)^k+1|是否成立；

若成立，则与零矢量作用后的误差距离最近的非零矢量即为最优电压矢量；

若不成立，则选取零矢量为最优电压矢量。

较佳的，所述以参考复功率矢量所在的位置为基准，将所判断的扇区分成两个小部分，根据参考复功率矢量所在的位置选择次最优电压矢量的步骤包括：

在公式成立的前提下，判断是否成立；

若成立，则选择参考复功率矢量所在的扇区号下一扇区的电压矢量作为次最优电压矢量，否则选择参考复功率矢量所在的扇区号上一扇区的电压矢量作为次最优电压矢量；

若公式不成立，则次最优电压矢量为零矢量。

进一步的，所述通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号的步骤包括：

根据所选择的最优电压矢量，得到所对应的复功率共轭的负值误差为：

其中，νo_pt为最优电压矢量；

令上述等式为零，得到最优电压矢量在一个控制周期内的作用时间：

得出最优电压矢量的占空比duty＝t_opt/T_sc，其中，f₁＝1.5Eν_i/L、f₂＝1.5Eν_opt/L；

通过公式ν＝(ν_c1*duty+ν_c2*(1-duty))*U_dc得到整流器交流侧指令电压值；

进一步得到PWM整流器中六个开关器件的驱动信号，其中ν_c1/ν_c2/U_dc为最优电压矢量/次最优电压矢量/直流母线电压。

参照附图3，为本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置的另一个实施例的框图示意图。

结合参照附图1，所述基于电压矢量最优组合的模型预测控制的PWM整流器控制方法的另一个实施例，包括以下步骤：

步骤a：电网侧电压通过3/2变换得到在静止两相αβ坐标上的电压信号e_α、e_β；在忽略死区等非线性因素下，整流器交流侧电压指令为u_α、u_β；

步骤b：将给定直流电压减去PWM整流器输出直流电压得到的误差信号进入PI调节器，PI调节器的输出乘以PWM整流器直流侧电压得到初始有功功率给定P^ref；初始无功功率给定Q^ref设为零；

步骤c：根据步骤1计算得到有功和无功功率实际值，由预测模型预测得到k+1时刻有功功率P^k+1和无功功率Q^k+1；

步骤d：初始有功功率和无功功率给定值作为PWM整流器控制的功率给定值输入以及步骤1中预测得到的有功功率和无功功率的实际值，采用快速矢量选择方法，判断在两相旋转坐标系下，以复功率共轭的负值-S^*为变量，在k+1时刻，零矢量或非零矢量作用下，复功率共轭的负值-S^*与其给定值-S^*ref之间的误差，即：

判断|Δ(-S_v ^*)^k+1|<|Δ(-S₀ ^*)^k+1|是否成立，以判断选取零矢量还是非零矢量；若成立，则判断与零矢量作用后的-Δ(S^*)₀ ^k+1距离最近的非零矢量即为最优电压矢量；若不成立，则选取零矢量作为最优电压矢量；

步骤e：在成立的前提下，判断是否成立；若成立则选择次最优电压矢量为ν_i+1，否则次最优电压矢量为ν_i-1，其中i代表参考复功率矢量所在的扇区号；

步骤f：根据公式计算出最优电压矢量在一个控制周期内的作用时间，得出最优电压矢量的占空比duty＝t_opt/T_sc，其中f₁＝1.5Eν_i/L、f₂＝1.5Eν_opt/L；通过公式ν＝(ν_c1*duty+ν_c2*(1-duty))*U_dc得到整流器交流侧指令电压值，进一步得到PWM整流器中六个开关器件的驱动信号，其中ν_c1/ν_c2/U_dc为最优电压矢量/次最优电压矢量/直流母线电压。

进一步的，结合附图1-3，对本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的又一个实施例。

所述基于模型预测控制的PWM整流器控制方法，包括：

步骤1)：三相电网侧电压和电流通过3/2变换得到在静止两相αβ坐标上的电压信号e_α、e_β和电流信号i_α、i_β，具体表示为：

三相PWM整流器在静止坐标上的数学模型为：

在三相电网电压平衡且正弦条件下，复功率的导数为：

步骤2)：给定直流电压与PWM整流器直流侧电压U_dc之差经过PI调节器并乘上U_dc得到有功功率初始给定值为P^ref，具体表示为：

其中，k_p和k_i分别为PI调节器中的比例增益和积分增益；

无功功率的初始给定值Q^ref设为零；

步骤3)：根据步骤1)分解得到不同电压矢量对有功和无功的变化率，计算当前k时刻的有功功率P^k和无功功率Q^k，在一个控制周期T_sc内，由预测模型预测本控制周期结束后，即k+1时刻初始有功功率P^k+1和无功功率Q^k+1：

步骤4)：在两相同步旋转坐标系下，以复功率共轭的负值-S*为变量，在k+1时刻，步骤1)中：

非零矢量作用后误差为：

其中，

判断|Δ(-S_v ^*)^k+1|<|Δ(-S₀ ^*)^k+1|是否成立；

若成立，则判断与零矢量作用后的-Δ(S^*)₀ ^k+1距离最近的非零矢量即为最优电压矢量，若不成立，则零矢量作为最优电压矢量；

步骤5)：如果不等式成立，判断是否成立，若成立则选择次最优电压矢量为ν_i+1，否则次最优电压矢量为ν_i-1，其中i代表参考复功率矢量所在的扇区号；如果不等式不成立，则次最优电压矢量为零矢量；

步骤6)：如果选择的最优电压矢量为ν_opt，最优电压矢量所对应的复功率共轭的负值误差为：

令上述等式为零，得到最优电压矢量在一个控制周期内的作用时间：

根据最优电压矢量的作用时间，得出最优电压矢量的占空比duty＝t_opt/T_sc，其中f₁＝1.5Eν_i/L、f₂＝1.5Eν_opt/L；

通过公式ν＝(ν_c1*duty+ν_c2*(1-duty))*U_dc得到整流器交流侧指令电压值；

进一步得到PWM整流器中六个开关器件的驱动信号，其中ν_c1/ν_c2/U_dc为最优电压矢量/次最优电压矢量/直流母线电压。

本发明所提出方法的有效性可以通过对比图4和图5所示的实验结果得出，二者测试条件完全相同，图4中采用传统双矢量的模型预测控制方法，而图5则采用了本发明所提出的基于电压矢量最优组合的模型预测控制方法。图4和图5中从上至下波形依次为给定有功功率、实际有功功率、实际无功功率和网侧电流。相比于传统模型预测控制方法，采用电压矢量最优组合方法进一步提高了系统的动态和稳态性能，大大的减少了功率脉动，很大程度上减小了网侧电流谐波。

从上面所述可以看出，本发明提供的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法及装置，通过采用本发明所提出的电压矢量最优组合后，只需要对-Δ(S^*)₀ ^k+1进行一次判断即可选出最优电压矢量，进而通过判断参考复功率矢量的位置得到次最优电压矢量，然后计算出两个电压矢量在一个周期内的作用时间得到整流器交流侧指令电压值，利用这两个电压矢量的完美组合，获得快速的动态性能和良好的稳态性能，大大的减少了功率脉动，减小了网侧电流谐波。此外，由于该方法仅仅需要一步就得到最优电压矢量，而传统的模型预测控制需要对每一个电压矢量进行判断，最终选择出最优矢量，因此，该方法简化了系统控制模型，大大减小了计算量。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于模型预测控制的PWM整流器控制方法，其特征在于，包括：

根据任意当前时刻的采样电网电压、电网电流、整流器直流侧电压和整流器交流侧电压计算得到参考复功率矢量，并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率；

结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量；所述快速矢量选择方法包括：计算复功率共轭的负值与其给定值之间的误差，判断非零矢量作用后的所述误差的绝对值是否小于零矢量作用后的所述误差的绝对值，若成立，则与零矢量作用后的误差距离最近的非零矢量即为最优电压矢量，若不成立，则选取零矢量为最优电压矢量；

以参考复功率矢量所在的位置为基准，将所判断的扇区分成两个小部分，根据参考复功率矢量所在的位置选择次最优电压矢量，包括：在公式成立的前提下，判断是否成立；若成立，则选择所在的扇区号下一扇区的电压矢量作为次最优电压矢量，否则选择所在的扇区号上一扇区的电压矢量作为次最优电压矢量；若公式不成立，则次最优电压矢量为零矢量；其中，Δ(-S_v ^*)^k+1是指非零矢量作用后的下一时刻的复功率共轭的负值与复功率共轭负值的给定值之间的误差矢量；是指零矢量作用后的下一时刻的复功率共轭的负值与复功率共轭负值的给定值之间的误差矢量；ν_i是快速选择得到的最优电压矢量；

通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据任意时刻的采样电网电压、电网电流、整流器直流侧电压和整流器交流侧电压计算并预测得到下一时刻的有功功率和无功功率的步骤包括：

利用电压LEM传感器和电流LEM传感器采样整流器直流侧电压、电网电压和电网电流，并通过3/2变换得到在静止两相坐标上的电压信号、电流信号；

给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上直流侧电压得到有功功率初始给定值；无功功率的初始给定值设为零；

由所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号计算并由预测模型预测得到下一时刻有功功率和无功功率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号的具体计算公式为：

其中，e_α、e_β分别为静止的α相和β相坐标上的电压信号，e_a、e_b、e_c为三相电网侧电压；

其中，i_α、i_β分别为静止的α相和β相坐标上的电流信号，i_a、i_b、i_c为三相电网侧电流；

三相PWM整流器在静止坐标上的数学模型公式为：

其中，e_αβ是电网侧电压矢量，i_αβ是电网侧电流矢量；ν_αβ是整流器交流侧电压矢量；

在三相电网电压平衡且正弦条件下，复功率导数的计算公式为：

其中，R和L是PWM整流器的电网侧等效电阻和等效电感，ν_αβ ^*是ν_αβ的共轭，ω是指电网角频率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有功功率初始给定值通过给定直流电压与PWM整流器直流侧电压之差经过PI调节器并乘上PWM整流器直流侧电压而得到，具体计算公式表示为：

其中，为给定直流电压，U_dc为PWM整流器直流侧电压，k_p和k_i分别为PI调节器中的比例增益和积分增益。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述由所述在静止两相坐标上的电压信号、电流信号计算并由预测模型预测得到下一时刻有功功率和无功功率的步骤包括：

分解得到不同电压矢量对有功功率和无功功率的变化率，计算任意当前时刻的有功功率和无功功率，在一个控制周期内，由预测模型预测本控制周期结束后，下一时刻的初始有功功率和无功功率，具体计算公式为：

其中，P^k、Q^k分别为任意当前时刻的有功功率和无功功率，t_sc为控制周期，e^k是任意当前时刻的电网侧电压矢量，ν^k是整流器交流侧任意当前时刻的电压矢量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合模型预测控制和直接电流控制，在预测模型中以复功率共轭的负值为变量，通过采用快速矢量选择方法从而一次判断所在扇区，得到最优电压矢量的步骤包括：

将有功功率初始给定值和无功功率给定值作为PWM整流器控制的功率给定值输入；

通过预测得到的有功功率和无功功率的实际值；

采用快速矢量选择方法，在两相旋转坐标系下，以复功率共轭的负值为变量，在下一时刻，零矢量或非零矢量作用下，判断复功率共轭的负值与复功率共轭负值的给定值之间的误差，具体计算公式为：

其中，-S^*为复功率共轭的负值，-S^*ref为复功率共轭负值的给定值；是指非零矢量作用下的下一时刻的复功率共轭的负值；是指零矢量作用下的下一时刻的复功率共轭的负值；

判断|Δ(-S_v ^*)^k+1|＜|Δ(-S₀ ^*)^k+1|是否成立；

若成立，则与零矢量作用后的误差距离最近的非零矢量即为最优电压矢量；

若不成立，则选取零矢量为最优电压矢量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过计算最优电压矢量与次最优电压矢量在一个控制周期中的作用时间，得到开关管的驱动信号的步骤包括：

根据所选择的最优电压矢量，得到所对应的复功率共轭的负值误差为：

其中，ν_i是快速选择得到的最优电压矢量，ν_opt为次最优电压矢量，t_sc为控制周期；是指零矢量作用后的下一时刻的复功率共轭的负值与复功率共轭负值的给定值之间的误差矢量；

令上述等式为零，得到最优电压矢量在一个控制周期内的作用时间：

得出最优电压矢量的占空比duty＝t_opt/t_sc，其中，f₁＝1.5Eν_i/L、f₂＝1.5Eν_opt/L；L是PWM整流器的电网侧电感，E是电网电压的幅值；

通过公式ν＝(ν_i*duty+ν_opt*(1-duty))*U_dc得到整流器交流侧指令电压值；

进一步得到PWM整流器中六个开关器件的驱动信号，其中ν_i/ν_opt/U_dc为最优电压矢量/次最优电压矢量/PWM整流器直流侧电压。

8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的基于模型预测控制的PWM整流器控制装置，其特征在于，包括依次连接的三相电压源、三相滤波电感、整流桥主电路、直流侧电容、负载；以及，分别从三相电压源输出端及三相滤波电感输出端进行电压、电流采样的电压电流采样电路，对电压电流采样电路的电压电流数据进行运算控制的DSP控制器，驱动电路；

其中，所述电压电流采样电路利用电压霍尔传感器采集三相网侧交流电压和整流器直流侧电压，利用电流霍尔传感器采集三相网侧交流电流，经过信号调理电路后进入DSP控制器转换为数字信号；DSP控制器完成如权利要求1-7任意一项所述的基于模型预测控制的PWM整流器控制方法的运算，输出六路PWM脉冲，最后经过驱动电路得到整流器的六个开关管的驱动信号。