[發(fā)明專利]一種基于離散平均模型的逆變器電流預測控制方法

有效

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• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107769259B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 劉鈺山
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 李芙蓉;馮建基

本發(fā)明公開了一種基于離散平均模型的逆變器電流預測控制方法，在所提出的預測方案基礎上，通過測量反饋逆變器三相輸出電流的離散時間平均值分別與三相參考電流進行比較，再結合當前時刻的調制信號直接預測下一時刻的正弦調制信號給調制器，產生控制功率開關開通和關斷的脈沖使得逆變器輸出電流達到控制目標，實現(xiàn)了固定的開關頻率，且由于不需評估價值函數，其運算量相較傳統(tǒng)模型預測控制大大降低，節(jié)省了成本。此外，保留了傳統(tǒng)模型預測控制易于數字實現(xiàn)、動態(tài)響應快、跟蹤性能好的優(yōu)點，可用于控制獨立負載時的逆變器輸出電流、并網時的并網電流、電機驅動領域的電機電流控制等。

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子變流技術領域，具體涉及一種基于離散平均模型的逆變器電流預測控制方法。

背景技術

逆變器輸出電流的控制策略，尤其是并網應用時的電流控制是電力電子領域一直研究的課題，相繼有多種控制策略提出，例如比例-積分(Proportional-integral，PI)控制、無差拍控制、滑模控制(Sliding mode control，SMC)、模型預測控制(Modelpredictive control，MPC)等。

PI控制由于易于數字實現(xiàn)、與控制對象參數無關，目前是工業(yè)生產中的常用技術。后三種控制策略基于輸出電路模型，對給定電流的跟蹤性能好、動態(tài)響應速度快，是近年來學者們研究較多的控制策略，特別是MPC，由于其相比于無差拍控制和SMC更易于實現(xiàn)，這一控制策略已被用于傳統(tǒng)兩電平逆變器、多電平逆變器、直流-直流變換器及交流-直流變換器等。

傳統(tǒng)的PI控制對調節(jié)器參數的依懶性較高，參數設計時折中考慮跟蹤的快速性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。有研究在PI調節(jié)器中并入積分環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的快速性，但需額外的控制器設計。此外，PI參數的控制性能有一定的帶寬要求，如果系統(tǒng)運行狀態(tài)超出設計時的帶寬將降低控制作用，造成系統(tǒng)發(fā)散或動態(tài)響應減慢。

傳統(tǒng)的模型預測控制通過系統(tǒng)的離散時間瞬時模型以及電壓、電流在控制周期的測量反饋值預測逆變器電流下一控制周期的狀態(tài)，對每個可能的開關函數，將預測的逆變器電流與給定電流通過估值函數進行比較，其中，使得估值函數值最小的開關函數將作為下個周期的開關信號控制逆變器。其對動態(tài)響應迅速、跟蹤性能高，然而，這一傳統(tǒng)模型預測控制具有開關頻率不固定、計算量大的不足，因在每個控制周期中，價值函數將對所有開關函數進行評估，無差拍和滑模控制也都有開關頻率不固定的缺點。由于其較大的計算量，傳統(tǒng)模型預測控制對控制器的要求較高，這也是其鮮少在工業(yè)生產中應用的原因之一。有研究將空間矢量調制策略與模型預測控制結合，用后者預測前者的最優(yōu)占空比，從而固定開關頻率，然而，因每個開關周期價值函數都要對每個可能的電壓矢量進行評估，因此運算量依然較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于離散平均模型的逆變器電流預測控制方法，用以解決逆變器輸出電流的傳統(tǒng)模型預測控制需評估價值函數運算量大及需要較高的開關頻率等問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于離散平均模型的逆變器電流預測控制方法，所述逆變器電流預測控制方法包括：三相逆變器輸出為獨立負載；測量第k個控制周期逆變器三相輸出電流I_o[k]；結合第k個控制周期逆變器的三相調制信號V_mk以及三相參考電流I^*_o[k]，根據電流預測推導公式預測下一個第k+1個控制周期滿足控制需求的三相調制信號V_mk1；預測推導公式為公式一：