[發明專利]一種三電平并網逆變器雙模型預測直接功率控制方法

有效

• 申請號: 201710406440.0
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107134939B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 康龍云;程建材;胡畢華;肖文哲
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;H02M7/539
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種三電平并網逆變器雙模型預測直接功率控制方法，其特征在于，包括步驟：

S1、選擇包含最優開關狀態的扇區；

帶入第一個模型的目標函數J’，求得最優開關狀態所在的扇區，公式如下所示：

具體的，在忽略電阻的影響下，求出在三相電網中在靜止兩相坐標系αβ下，有功功率和無功功率的微分方程：

其中，e_αβ和i_αβ代表靜止兩相坐標系αβ下的電網相電壓和線電流，L是交流濾波器的電感，ω表示角速度，P代表有功，Q代表無功；當逆變器開關狀態為v_i時，逆變器在靜止兩相坐標系αβ下輸出的電壓為u_i(u_αi,u_βi)，所以也可以將上式表示為：

這樣，在k+1時刻，有功和無功可以寫為：

其中，k表示這次的采樣周期，k+1表示下一次的采樣周期，T_s表示采樣時間且T_s＝t(k+1)-t(k)；

將所有的開關狀態分成多個扇區，取每個扇區中位于中間的一個開關狀態，利用位于中間開關狀態分別計算k+1時刻的有功功率P_i(k+1)和無功功率Q_i(k+1)；

先求最優開關狀態所在的扇區，這時先不考慮電容中點電壓平衡，定義目標函數為：

J′＝[P_ref-P_i(k+1)]²+[Q_ref-Q_i(k+1)]²

其中P_ref是給定的有功功率值，Q_ref是給定的無功功率值；求出目標函數J’的最小值對應的中間短向量，其所在的扇區即為最優開關狀態所在的扇區；

S2、在第一步中獲得的最優扇區中選擇最優開關狀態；

將對應扇區中的開關狀態帶入第二個模型的目標函數J中，目標函數J的最小值對應的開關狀態即為最優開關狀態；用來求最優開關狀態的公式如下所示：

其中，u_o(k+1)為中點電壓；

具體的，中點電壓方程為：

上式中u_o＝u_c1-u_c2為上下兩個電容的電壓差，C是直流側兩個電容的大小，u_abc是三電平逆變器輸出相電壓且|u_abc|＝{|u_a|,|u_b|,|u_c|}，i_abc是所連接系統的線電流且i_abc＝{i_a,i_b,i_c}；

S3、利用三電平并網逆變器的最優開關狀態對逆變器的功率開關器件進行控制。

2.根據權利要求1所述的三電平并網逆變器雙模型預測直接功率控制方法，其特征在于，λ的取值為0.1。

3.根據權利要求1所述的三電平并網逆變器雙模型預測直接功率控制方法，其特征在于，對三電平逆變器空間電壓矢量圖進行區域劃分，初始共27個開關狀態，其中零向量包括三個開關狀態：PPP,OOO和NNN；用OOO代替所有的三個零向量的開關狀態，剩下25個開關狀態；相鄰的兩個扇區之間共享2個開關狀態；每個扇區的開關狀態如下：扇區I，開關狀態包括OOO、POO、ONN、PNO、PNN、PON；扇區II，開關狀態包括OOO、PPO、OON、PON、PPN、OPN；扇區III，開關狀態包括OOO、OPO、NON、OPN、NPN、NPO；扇區IV，開關狀態包括OOO、OPP、NOO、NPO、NPP、NOP；扇區V，開關狀態包括OOO、OOP、NNO、NOP、NNP、ONP；扇區VI，開關狀態包括OOO、POP、ONO、ONP、PNP、PNO。

4.根據權利要求1所述的三電平并網逆變器雙模型預測直接功率控制方法，其特征在于，利用求得的三電平并網逆變器的最優開關狀態，可以使并網逆變器輸出的有功和無功功率跟蹤參考功率，并且可以平衡直流側中點電壓。