CN110011553A - 一种抑制功率波动的pwm整流器预测控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法及其装置，该方法通过各个电压矢量对应的代价函数选择出代价函数最小对应的相邻两个电压矢量，并计算选择的代价函数对应的执行时间以及零电压矢量的执行时间，再根据选择的电压矢量对应的执行时间与0的大小按照调整规则对选择的电压矢量及其执行时间进行更新调整，使得调整后的电压矢量及其执行时间不存在小于0的情况。本发明可以快速选择新电压矢量并计算其矢量的执行时间，获得优良的功率控制效果，改善控制中的功率脉动，进一步提高系统的控制性能。

Description

一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法及其装置

技术领域

本发明属于整流器控制技术领域，具体涉及一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法及其装置。

背景技术

PWM整流器具有功率因素可调、直流母线电压可调、能量可双向流动、电流正弦度好等优点，被广泛用于新能源发电、高精度直流电源场合下。目前，PWM整流器常用的控制方法有：电网电压矢量控制和直接功率控制。其中电网电压矢量控制利用电压电流双闭环控制实现有功功率和无功功率的调节，然而对于性能要求高、响应速度快场合下，传统的PI线性调节方式，难以满足其动态性能要求；直接功率控制方法，通过开关表直接选择选择电压矢量，该方法虽然具有快速的响应特性，然而这种单矢量控制方式存在稳态功率波动大，开关频率不稳定的问题，通过增加开关频率的方法，虽然可以进一步提高性能，但对系统的散热系统造成严重考验。

近年来，随着处理器性能的提升，模型预测控制已经被成功用于电机驱动与三相PWM整流器中。通过设计低功率或电流波动的代价函数，可直接选择电压矢量，实现直接功率或电流控制，具体结构简单，操作方便，动态性能良好的优点。其中，基于无差拍控制下PWM整流器由于优良动静态性能，固定开关频率等优点，成为研究的热点。但是，在不同的扇区下其不同电压矢量作用所造成的功率变化率是不同的，因此在扇区切换的极短时间内，会频繁出现计算得到的电压矢量的执行时间小于0的情形，这并非最优的矢量选择结果，如果对其不作调整，将会引起功率的波动，使电流畸变增加，对系统性能造成严重的影响。再通过返回重新选择电压矢量的方法，需要重新计算该电压矢量下的功率变化率和矢量执行时间，这会增加系统程序的计算量。

发明内容

本发明的目的是提供一种更加简单有效的方法，可以快速选择新电压矢量并计算其矢量的执行时间，获得优良的功率控制效果，改善控制中的功率脉动，进一步提高系统的控制性能。

一方面，本发明提供的一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法，包括如下步骤：

S1：根据当前采样时刻的电网电压、电网电流计算出瞬时功率；

S2：基于瞬时功率和预设的参考功率计算非零电压矢量对应的代价函数，并选择代价函数最小时的两个相邻电压矢量；

其中，代价函数的计算公式如下：

或者

式中，g表示非零电压矢量V_i对应的代价函数，J_i、J_i+1、J₁分别表示选择电压矢量V_i、电压矢量V_i+1、电压矢量V₁时，参考功率与下一采样时刻的预测功率之间的误差；所述预测功率是根据当前采样时刻的瞬时功率计算的；

其中，代价函数最小时的i介于1至5时，选择的两个相邻电压矢量分别为V_i、V_i+1，代价函数最小时i为6时，选择的两个相邻电压矢量分别为V₆、V₁；

S3：基于无差拍控制原理根据瞬时功率、参考功率计算出步骤S2选择的电压矢量的执行时间以及零矢量的执行时间；

S4：基于步骤S3计算出的电压矢量的执行时间对当前选择的电压矢量以及相应执行时间进行调整，再基于调整后的电压矢量和执行得到PWM开关管控制信号并控制；

其中，t_i、t_i+1分别表示当前选择的两个电压矢量的执行时间，t₀表示零矢量的执行时间，调整规则如下：

若t_i＞0,t_i+1＞0成立，对当前选择的电压矢量以及执行时间不进行调整；

若t_i＜0,t_i+1＞0成立，选择下一扇区对应的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j＝-t_i,t′_j+1＝t_i+1+t_i,t′₀＝t₀+t_i

若t_i＞0,t_i+1＜0成立，选择上一扇区对应的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j+1＝-t_i+1,t′_j＝t_i+1+t_i,t′₀＝t₀+t_i+1

若t_i＜0,t_i+1＜0成立，将与当前选择的电压矢量所在扇区呈中心对称的扇区的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j+1＝-t_i+1,t′_j＝-t_i,t′₀＝t₀+2t_i+1+2t_i

式中，t'_j、t'_j+1分别表示新选择的扇区的两相邻电压矢量j、j+1的执行时间，t'₀表示调整后的零矢量的执行时间。

本发明基于代价函数选择出电压矢量并计算出响应的执行时间，通过检测执行时间与0的关系对其进行调整更新，可根据之前计算的执行时间快速得到新选择的电压矢量以及执行时间，避免重复计算变化率和执行时间的问题。

进一步优选，步骤S3中选择的电压矢量和零矢量的执行时间的计算公式如下：

m＝(s_q(i+1)-s_q0)s_pi+(s_q0-s_qi)s_p(i+1)+(s_qi-s_q(i+1))s_p0

式中，P^*、Q^*分别表示参考功率中的参考有功功率、参考无功功率，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻的有功功率、无功功率，s_p(i+1)、s_q(i+1)分别表示选择的两个相邻电压矢量中第二个电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；s_p0、s_q0分别表示选择零电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；T_s是系统的开关周期，s_pi、s_qi分别表示选择的两个相邻电压矢量中第一个电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；

其中，在电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率是基于当前采样得到瞬时功率、电压矢量、电网电压在αβ坐标系下电压计算而来。

进一步优选，电压矢量V_i作用下的有功功率和无功功率的变化率的计算公式如下：

式中，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻的瞬时功率中的有功功率、无功功率，R是系统的电阻，L是系统的电感，表示电网电压的幅值，w表示系统的角速度，u_gα、u_gβ表示电网电压在αβ两相静止坐标系下的电压，v_ai、v_βi表示选择的电压矢量V_i在αβ坐标系下电压。

进一步优选，代价函数中电压矢量V_i对应的参考功率与下一采样时刻的预测功率之间的误差J_i的计算过程如下：

J_i＝(P^*-P_gi(k+1))²+(Q^*-Q_gi(k+1))²

式中，P^*、Q^*分别表示参考功率中的参考有功功率、参考无功功率，P_gi(k+1)、Q_gi(k+1)分别表示预测下一采样时刻k+1的有功功率、无功功率；其中，P_gi(k+1)、Q_gi(k+1)的计算如下：

式中，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻k的瞬时功率中的有功功率、无功功率，T_s是系统的开关周期，s_pi、s_qi分别表示电压矢量V_i作用下的有功功率、无功功率的变化率；

其中，在电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率是基于当前采样得到瞬时功率、电压矢量、电网电压在αβ坐标系下电压计算而来。

进一步优选，步骤S1中瞬时功率的计算过程如下：

首先，根据电网的三相相电压、三相相电流计算出电网电压、电网电流在αβ两相静止坐标系下的电压、电流；

式中，u_gα、u_gβ表示电网电压在αβ两相静止坐标系下的电压，u_ga、u_gb、u_gc分别表示电网的a、b、c三相相电压；

i_ga、i_gβ表示电网电流再αβ两相静止坐标系下的电流，i_ga、i_gb、i_gc分别表示电网的a、b、c三相相电流；

然后，基于电流、电压、功率的原理计算出瞬时功率：

式中，P_g、Q_g分别表示当前采样时刻的瞬时功率中的有功功率、无功功率。

另一方面，本发明还提供一种基于上述方法的装置包括：主电路模块、变频驱动模块、处理器以及传感器模块；

所述主电路模块中设有三相电感、三相电阻、三相全桥整流器、直流母线电容、直流负载，其中，每相的电感、电阻、全桥整流器依次串接；所述直流母线电容、直流负载并联并接入每相的全桥整流桥；

所述传感器模块包括三相电流传感器、三相电压传感器，所述三相电流传感器、三相电压传感器均计入所述主电流模块，用于采集电网电流和电网电压；

所述传感器模块与处理器通讯连接，用于将采集的电网电流、电网电压传送给处理器，所述处理器采用所述PWM整流器预测控制方法生成PWM脉冲信号，所述PWM脉冲信号是PWM开关管控制信号。

所述变频驱动模块与处理器以及主电路连接，所述变频驱动模块根据PWM脉冲信号驱动三相全桥整流器。

有益效果

本发明通过分析不同矢量电压作用下的功率变化率之间的关系，得到在判断电压矢量执行时间小于0时，可根据之前计算的矢量时间，快速得到新选择的电压矢量的执行时间，避免重复计算功率变化率和执行时间的问题。本发明使用该方法可以避免出现电压矢量的执行时间小于0的情况，进而使得三相PWM整流预测控制改善了控制中的功率脉动，电流畸变率减小，开关频率固定，系统动态与稳态性能均提升，提高了该技术的实用性。本发明该方法与传统的PWM整流器模型预测方法相比，仅仅增加了对电压矢量执行时间的调整，程序计算量没有增加很多，但是有效的改善了功率波动，提升了PWM整流器的应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的PWM整流器的控制装置的电路结构图；

图2是本发明提供的电压矢量的空间分布示意图；

图3是本发明提供的一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法的流程图

图4是现有的PWM整流器模型预测控制下的电流及功率变化曲线；

图5是本发明提供的PWM整流器抑制功率波动下的电流及功率变化曲线；

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的说明。

本发明是基于现有技术中在扇区切换的极短时间内频繁出现计算得到的电压矢量的执行时间小于0而引起功率的波动，使电流畸变增加的情况，而通过重新选择电压矢量的方法，需要重新计算该电压矢量下的功率变化率和矢量执行时间，这会增加系统程序的计算量的问题，提供了一种更加简单有效的方法，可以快速选择新电压矢量并计算其矢量的执行时间。本发明提供的一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法也是基于其PWM整流器的控制装置进行的。

如图1所示，PWM整流器的控制装置包括主电路模块、变频驱动模块、处理器以及传感器模块；其中，所述主电路模块中设有三相电感、三相电阻、三相全桥整流器、直流母线电容、直流负载，其中，每相的电感、电阻、全桥整流器依次串接；所述直流母线电容、直流负载并联接入每相的全桥整流桥；

传感器模块包括三相电流传感器、三相电压传感器，三相电流传感器、三相电压传感器均接入主电流模块，用于采集电网电流和电网电压；

传感器模块与处理器通讯连接，用于将采集的电网电流、电网电压传送给处理器，处理器采用PWM整流器预测控制方法生成PWM脉冲信号，PWM脉冲信号是PWM开关管控制信号。

变频驱动模块与处理器以及主电路连接，变频驱动模块根据PWM脉冲信号驱动三相全桥整流器。

基于上述PWM整流器，可知本发明涉及的空间电压矢量分布如图2所示，其中，包含8条电压矢量，分别表示为V₀-V₇，其中，V₀和V₇由于模为0，故称为零矢量。相邻两个非零电压矢量之间的区域视为一个扇区。

如图3所示，本发明提供的一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法，包括以下步骤：

S1：根据当前采样时刻的电网电压、电网电流计算出瞬时功率。其中，步骤S1的执行过程如下：

首先，根据电网的三相相电压、三相相电流，经过park变化计算出电网电压、电网电流在αβ两相静止坐标系下的电压、电流；

式中，u_gα、u_gβ表示电网电压在αβ两相静止坐标系下的电压，u_ga、u_gb、u_gc分别表示电网的a、b、c三相相电压；i_ga、i_gβ表示电网电流再αβ两相静止坐标系下的电流，i_ga、i_gb、i_gc分别表示电网的a、b、c三相相电流；

然后，基于电流、电压、功率的原理计算出瞬时功率：

式中，P_g、Q_g分别表示当前采样时刻的瞬时功率中的有功功率、无功功率。

假设控制周期的时间很短，在该时间内，功率变化率是保持恒定的，在8个电压矢量(V_i(i＝0，1，2..7)，其中，V₀和V₇是零电压矢量)的作用下，可计算得到PWM整流器的功率变化率。譬如，选择电压矢量V_i作用下的有功功率和无功功率的变化率的计算公式如下：

式中，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻的瞬时功率中的有功功率、无功功率，s_pi、s_qi分别表示选择电压矢量V_i作用下的有功功率、无功功率的变化率；R是系统的电阻，L是系统的电感，表示电网电压的幅值，u_gα、u_gβ表示电网电压在αβ两相静止坐标系下的电压，v_ai、v_βi表示选择的电压矢量V_i在αβ坐标系下电压，w表示系统的角速度。

基于计算出有功功率和无功功率的变化率，利用k时刻计算得到的实时功率P_g(k)和Q_g(k)，可预测得到电压矢量V_i作用下k+1时刻的预测功率P_gi(k+1)、Q_gi(k+1)：

式中，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻k的瞬时功率中的有功功率、无功功率，T_s是系统的开关周期。

S2：基于瞬时功率和预设的参考功率计算非零电压矢量对应的代价函数，并选择代价函数最小时的两个相邻电压矢量；

其中，代价函数的计算公式如下：

或者

式中，g表示非零电压矢量V_i对应的代价函数，J_i、J_i+1、J₁分别表示选择电压矢量V_i、电压矢量V_i+1、电压矢量V₁时，参考功率与下一采样时刻的预测功率之间的误差，其中，代价函数最小时的i介于1至5时，选择的两个相邻电压矢量分别为V_i、V_i+1，代价函数最小时i为6时，选择的两个相邻电压矢量分别为V₆、V₁。基于参考功率以及下一采样时刻的预测功率之间的误差J_i的计算过程如下：

J_i＝(P*-P_gi(k+1))²+(Q*-Q_gi(k+1))²

式中，P*、Q*分别表示参考功率中的参考有功功率、参考无功功率。

通过上述描述可知，选择非零电压矢量并分别按照上述计算过程计算出每个非零电压矢量对应的代价函数，并选择代价函数最小的电压矢量i及其相邻的电压矢量i+1。

S3：基于无差拍控制原理根据瞬时功率、参考功率计算出步骤S2选择的电压矢量的执行时间以及零矢量的执行时间。

其中，基于如下公式推理得到选择的电压矢量和零矢量的执行时间的计算公式：

式中，P*、Q*分别表示参考功率中的参考有功功率、参考无功功率，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻的有功功率、无功功率，s_p(i+1)、s_q(i+1)分别表示选择的两个相邻电压矢量中第二个电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；s_p0、s_q0分别表示选择零电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；T_s是系统的开关周期，s_pi、s_qi分别表示选择的两个相邻电压矢量中第一个作用下的有功功率、无功功率的变化率。通过该公式换算得到选择的两个电压矢量、零矢量V₀的执行时间的计算公式如下：

m＝(s_q(i+1)-s_q0)s_pi+(s_q0-s_qi)s_p(i+1)+(s_qi-s_q(i+1))s_p0

S4：基于步骤S3计算出的电压矢量的执行时间对当前选择的电压矢量以及相应执行时间进行调整，再基于调整后的电压矢量和执行得到PWM开关管控制信号并控制；

其中，t_i、t_i+1分别表示当前选择的两个电压矢量的执行时间，t₀表示零矢量的执行时间，应当理解，i取值0至5时，t_i对应是电压矢量V_i的执行时间，i取值为6时，t_i对应是电压矢量V₆的执行时间，t_i+1对应是电压矢量V₁的执行时间，调整规则如下：

若t_i＞0,t_i+1＞0成立，对当前选择的电压矢量以及执行时间不进行调整；

若t_i＜0,t_i+1＞0成立，选择下一扇区对应的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j＝-t_i,t′_j+1＝t_i+1+t_i,t′₀＝t₀+t_i

若t_i＞0,t_i+1＜0成立，选择上一扇区对应的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j+1＝-t_i+1,t′_j＝t_i+1+t_i,t′₀＝t₀+t_i+1

若t_i＜0,t_i+1＜0成立，将与当前选择的电压矢量所在扇区呈中心对称的扇区的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j+1＝-t_i+1,t′_j＝-t_i,t′₀＝t₀+2t_i+1+2t_i

式中，t′_j、t′_j+1分别表示新选择的扇区的两相邻电压矢量j、j+1的执行时间，t'₀表示调整后的零矢量的执行时间。

将上述调整规则整理为如下表1所示：

表1

矢量	t<sub>i</sub>&gt;0,t<sub>i+1</sub>&gt;0	t<sub>i</sub>&lt;0,t<sub>i+1</sub>&gt;0	t<sub>i</sub>&gt;0,t<sub>i+1</sub>&lt;0	t<sub>i</sub>&lt;0,t<sub>i+1</sub>&lt;0
					t′<sub>j</sub>	t<sub>i</sub>	-t<sub>i</sub>	t<sub>i</sub>+t<sub>i+1</sub>	-t<sub>i</sub>
t′<sub>j+1</sub>	t<sub>i+1</sub>	t<sub>i+1</sub>+t<sub>i</sub>	-t<sub>i+1</sub>	-t<sub>i+1</sub>
					t′<sub>0</sub>	t<sub>0</sub>	t<sub>0</sub>+t<sub>1</sub>	t<sub>0</sub>+t<sub>i+1</sub>	t<sub>0</sub>+2t<sub>i</sub>+2t<sub>i+1</sub>

以下述实例进行解释说明：

当出现执行时间t时间小于0的情况出现时，由于这种情况不能实现，因此系统将会使该矢量开通时间强制置0，导致给定与反馈之间存在偏差的情况，影响了系统性能。根据功率变化率的原理，该导通矢量可以通过选择相连的矢量，重新计算其导通时间来实现。

假设V₁和V₂矢量被选择作为控制矢量，相应的时间为t₁与t₂，根据有功功率和无功功率的变化率公式，可以得到零矢量的功率变化率为：

基于有功功率和无功功率的变化率公式，进行数学推理得到电压矢量V₁与V₂所对应的功率变化率表示为：

其中，电压矢量V₁的复向量，存在如下关系：

按照上式本发明提供的调整规则可知，当t₁大于0，t₂小于0时，将会选择V₁与V₆矢量，其中V₆矢量所对应的功率变化率，基于有功功率和无功功率的变化率公式，进行数学推理可以用V₁与V₂所对应的功率变化率表示，如下：

从上述公式推导可知，通过本发明该方法还可以通过简单的计算快速获取到新选择的电压矢量对应的功率变化率。

根据无差拍控制原理，其选择V₁与V₆的矢量重新可表示为：

t′₁＝t₁+t₂,t′₂＝-t₂,t′₀＝t₀+t₂

因此，采用新的矢量的方式，避免了原先矢量时间小于0的情形，通过简单的计算，即可得到新选择矢量的执行时间，大大的简化了计算的效率。

本发明在PWM整流器上进行了试验验证，逆变器选用英飞凌F3L15R12W2H3_B27功率模块，TI公司TMS320F28335的32位浮点型处理器作为控制器用于运行本发明提供的算法，主电路中电感0.5mH，电阻为0.5Ω，直流母线电容为680uF。三相电压经过调压器调成峰值为110V的三相电压，额定频率为50hz，开关频率与采样频率选择10kHz，系统通过模拟量DA输出对功率的波动情况进行观测。

本发明所提出的的方法有效性通过图4和图5的实验结果进行对比，二者实验条件完全相同，图4采用传统的PWM整理器模型预测控制，图5是本文所提出的可抑制功率波动的PWM整流器模型预测控制方法，从上之下一次是三相电网电流、有功功率、无功功率。在0.01s突加有功负载，有功功率从750w增加至1500W，无功功率在0.03s时由0W增加至750W。从图中可知，与传统的模型预测控制方法相比，功率波动得到了有效抑制，提高了系统的稳态性能和响应速度，电流谐波畸变率大大降低。

综上所述，本发明提供的一种可抑制功率波动的PWM整流器模型预测控制方法及装置，通过对电压矢量执行时间的判断，即可获得调整后的电压矢量和新的执行时间，提高了效率，同时也通过实验验证了，本发明可以获得了良好的动态性能和稳态性能，大大的减小了功率波动，降低了电流谐波畸变率。该方法通过传统的模型预测控制方法，利用原先的结果，可简单地获得新的执行时间，避免了对功率变化率和执行时间的重复计算，因此，该方法极大的简化了传统方法的计算量。

需要强调的是，本发明所述的实例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，不脱离本发明宗旨和范围的，不论是修改还是替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抑制功率波动的PWM整流器预测控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：根据当前采样时刻的电网电压、电网电流计算出瞬时功率；

S2：基于瞬时功率和预设的参考功率计算非零电压矢量对应的代价函数，并选择代价函数最小时两个相邻电压矢量；

其中，代价函数的计算公式如下：

或者

式中，g表示非零电压矢量V_i对应的代价函数，J_i、J_i+1、J₁分别表示选择电压矢量V_i、电压矢量V_i+1、电压矢量V₁时，参考功率与下一采样时刻的预测功率之间的误差；所述预测功率是根据当前采样时刻的瞬时功率计算的；

其中，代价函数最小时的i介于1至5时，选择的两个相邻电压矢量分别为V_i、V_i+1，代价函数最小时i为6时，选择的两个相邻电压矢量分别为V₆、V₁；

S3：基于无差拍控制原理根据瞬时功率、参考功率计算出步骤S2选择的电压矢量的执行时间以及零矢量的执行时间；

S4：基于步骤S3计算出的电压矢量的执行时间对当前选择的电压矢量以及相应执行时间进行调整，再基于调整后的电压矢量和执行得到PWM开关管控制信号并控制；

其中，t_i、t_i+1分别表示当前选择的两个电压矢量的执行时间，t₀表示零矢量的执行时间，调整规则如下：

若t_i＞0,t_i+1＞0成立，对当前选择的电压矢量以及执行时间不进行调整；

若t_i＜0,t_i+1＞0成立，选择下一扇区对应的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j＝-t_i,t′_j+1＝t_i+1+t_i,t′₀＝t₀+t_i

若t_i＞0,t_i+1＜0成立，选择上一扇区对应的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j+1＝-t_i+1,t′_j＝t_i+1+t_i,t′₀＝t₀+t_i+1

若t_i＜0,t_i+1＜0成立，将与当前选择的电压矢量所在扇区呈中心对称的扇区的两相邻电压矢量替换当前选择的电压矢量，相应执行时间调整为如下：

t′_j+1＝-t_i+1,t′_j＝-t_i,t′₀＝t₀+2t_i+1+2t_i

式中，t'_j、t'_j+1分别表示新选择的扇区的两相邻电压矢量j、j+1的执行时间，t'₀表示调整后的零矢量的执行时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中选择的电压矢量和零矢量的执行时间的计算公式如下：

m＝(s_q(i+1)-s_q0)s_pi+(s_q0-s_qi)s_p(i+1)+(s_qi-s_q(i+1))s_p0

式中，P^*、Q*分别表示参考功率中的参考有功功率、参考无功功率，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻的有功功率、无功功率，s_p(i+1)、s_q(i+1)分别表示选择的两个相邻电压矢量中第二个电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；s_p0、s_q0分别表示选择零电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；T_s是系统的开关周期，s_pi、s_qi分别表示选择的两个相邻电压矢量中第一个电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率；

其中，在电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率是基于当前采样得到瞬时功率、电压矢量、电网电压在αβ坐标系下电压计算而来。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：电压矢量V_i作用下的有功功率和无功功率的变化率的计算公式如下：

式中，R是系统的电阻，L是系统的电感，表示电网电压的幅值，w表示系统的角速度，u_gα、u_gβ表示电网电压在αβ两相静止坐标系下的电压，v_ai、v_βi表示电压矢量V_i在αβ坐标系下电压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：代价函数中电压矢量V_i对应的参考功率与下一采样时刻的预测功率之间的误差J_i的计算过程如下：

J_i＝(P^*-P_gi(k+1))²+(Q^*-Q_gi(k+1))²

式中，P^*、Q^*分别表示参考功率中的参考有功功率、参考无功功率，P_gi(k+1)、Q_gi(k+1)分别表示预测下一采样时刻k+1的有功功率、无功功率；其中，P_gi(k+1)、Q_gi(k+1)的计算如下：

式中，P_g(k)、Q_g(k)分别表示当前采样时刻k的瞬时功率中的有功功率、无功功率，T_s是系统的开关周期，s_pi、s_qi分别表示电压矢量V_i作用下的有功功率、无功功率的变化率；

其中，在电压矢量作用下的有功功率、无功功率的变化率是基于当前采样得到瞬时功率、电压矢量、电网电压在αβ坐标系下电压计算而来。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中瞬时功率的计算过程如下：

首先，根据电网的三相相电压、三相相电流计算出电网电压、电网电流在αβ两相静止坐标系下的电压、电流；

式中，u_gα、u_gβ表示电网电压在αβ两相静止坐标系下的电压，u_ga、u_gb、u_gc分别表示电网的a、b、c三相相电压；

i_ga、i_gβ表示电网电流再αβ两相静止坐标系下的电流，i_ga、i_gb、i_gc分别表示电网的a、b、c三相相电流；

然后，基于电流、电压、功率的原理计算出瞬时功率：

式中，P_g、Q_g分别表示当前采样时刻的瞬时功率中的有功功率、无功功率。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述方法的装置，其特征在于：包括：主电路模块、变频驱动模块、处理器以及传感器模块；

所述主电路模块中设有三相电感、三相电阻、三相全桥整流器、直流母线电容、直流负载，其中，每相的电感、电阻、全桥整流器依次串接；所述直流母线电容、直流负载并联接入每相的全桥整流桥；

所述传感器模块包括三相电流传感器、三相电压传感器，所述三相电流传感器、三相电压传感器均接入所述主电流模块，用于采集电网电流和电网电压；

所述传感器模块与处理器通讯连接，用于将采集的电网电流、电网电压传送给处理器，所述处理器采用所述PWM整流器预测控制方法生成PWM脉冲信号；所述变频驱动模块与处理器以及主电路连接，所述变频驱动模块根据PWM脉冲信号驱动三相全桥整流器。