[發(fā)明專利]一種多電平變換裝置電壓空間矢量預測控制方法

有效

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• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109245583B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉戰(zhàn);夏正龍;李飛;王貴峰;金鑫;胡福年;趙強;閆俊榮;白春艷;李春杰;李洪美;柴艷莉
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種多電平變換裝置電壓空間矢量預測控制方法，首先經過坐標變換簡化了多電平電壓空間矢量脈寬調制方法，得到參考矢量所在最小三角形的三個頂點坐標及對應的作用時間，其次通過反推計算出每個頂點的全部冗余開關狀態(tài)，并進行排序，得到冗余開關狀態(tài)組數，接著根據各控制目標的優(yōu)先級及與開關狀態(tài)的定量關系計算得到各組的目標函數值，最后確定目標函數值最小所對應的組數即為最優(yōu)組，進而確定三個最優(yōu)開關狀態(tài)，把三個最優(yōu)的開關狀態(tài)按照矢量作用的時間變換為PWM脈沖作用于多電平變換裝置，實現對多電平變換裝置的最優(yōu)化控制；本發(fā)明融合了空間矢量脈寬調制技術和預測控制技術在控制系統中的優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種多電平變換裝置電壓空間矢量預測控制方法，屬于多電平變流器控制技術領域。

背景技術

近年來，隨著電力電子技術和控制技術的全面發(fā)展，人們對電力電子裝置的大功率、耐高壓、低諧波擾動的要求越來越高。多電平變換裝置具有功率大、開關頻率低、輸出諧波小、動態(tài)響應速度快、電磁兼容性好等優(yōu)點，并可以使耐壓值低的電力電子器件可靠應用于高壓大功率領域，并有效地減少脈寬調制簡稱PWM控制產生的高次諧波，被廣泛應用于大功率傳動、光伏逆變器、風力發(fā)電廠并網等工程現場。

空間矢量脈寬調制技術是以三相對稱正弦波電壓供電時三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為參考標準，以三相逆變器不同開關模式作適當的切換，從而形成PWM波，以所形成的實際磁鏈矢量來追蹤其準確磁鏈圓，具有模型簡單，便于微處理器的實時控制的特點。

當多電平變換器采用空間矢量脈寬調制技術時存在電壓空間矢量數量多，算法計算復雜，控制目標單一的缺點，由于其計算量量大且計算復雜，因此該方法工程實用性不強。

傳統預測控制應用于多電平變換裝置中存在以下缺點：

一、滾動優(yōu)化次數多，計算量大，需要控制器有較強的計算能力；

二、開關頻率較高，特別在系統處于動態(tài)調整時短時連續(xù)較高的開關頻率會導致器件損耗增大，增加器件損壞風險，減短器件使用壽命；

三、開關頻率不固定，不利于輸出濾波器的設計。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種多電平變換裝置電壓空間矢量預測控制方法，其融合空間矢量脈寬調制技術和預測控制技術在控制系統中的優(yōu)點，實現對多電平變換裝置的最優(yōu)化控制。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種多電平變換裝置電壓空間矢量預測控制方法，包括以下步驟：

S1)首先確定多電平變換裝置可輸出的電平數及冗余開關狀態(tài)；

S2)利用坐標變換矩陣對傳統坐標系下的多電平電壓空間矢量和參考電壓矢量進行變換；

S3)利用新坐標系下的參考電壓矢量的三個坐標及新坐標系下的多電平電壓空間矢量進行比較，確定參考電壓矢量所在最小三角形的位置，并得到最小三角形三個頂點矢量的坐標；

S4)計算利用最小三角形三個頂點矢量等效輸出參考電壓矢量時，最小三角形三個頂點矢量的作用時間；

S5)利用最小三角形三個頂點矢量的坐標采用反推計算出每個頂點的全部冗余開關狀態(tài)，并對所計算出的三個頂點的所有冗余開關狀態(tài)進行排序；

S6)對排完序后的冗余開關狀態(tài)進行分組，以相鄰的三個矢量為一組，確定冗余開關狀態(tài)的組數；

S7)對控制目標進行優(yōu)先級排序，并列出各控制目標與各組冗余開關狀態(tài)間的定量關系式；

S8)確定各組的目標函數值即：目標函數值等于各控制目標與其對應的權值系數相乘后累加之和；

S9)得出目標函數值最小所對應的組數即為最優(yōu)組，進而確定該組的三個最優(yōu)開關狀態(tài)；