[發(fā)明專利]一種多步預(yù)測的變流器模型預(yù)測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010628159.3
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111682792B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈坤;劉錄光;南晨晨;杜保強;李晉;張協(xié)衍
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南師范大學(xué)
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M7/5395
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本發(fā)明公開了一種多步預(yù)測的變流器模型預(yù)測控制方法，其具體步驟為：設(shè)置控制時域與預(yù)測時域長度，控制時域包含若干個控制周期，預(yù)測時域比控制時域多一個控制周期，按控制時域更新控制量；在當(dāng)前控制時域的每一個控制周期內(nèi)，采樣系統(tǒng)狀態(tài)，實施相應(yīng)控制，逐步計算預(yù)測時域內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)，根據(jù)最后預(yù)測的系統(tǒng)狀態(tài)，采用模型預(yù)測控制算法尋優(yōu)計算下一控制時域中對應(yīng)的最優(yōu)控制量；對下一控制時域內(nèi)的全部控制量進行脈沖優(yōu)化以降低開關(guān)頻率；在下一個控制時域的控制周期內(nèi)實施優(yōu)化后的控制量。該設(shè)計方法采用增加預(yù)測時域但不增加尋優(yōu)時域的策略來減少多步預(yù)測的計算量，通過構(gòu)建控制時域并采用脈沖優(yōu)化的策略來降低開關(guān)頻率，改善了控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變流器模型預(yù)測控制方法，特別涉及一種多步預(yù)測的變流器模型預(yù)測控制方法。

背景技術(shù)

變流器模型預(yù)測控制算法是變流器控制方法的研究熱點，它基于模型預(yù)測控制理論，結(jié)合變流器自身的控制特點，采用預(yù)測模型進行計算，基于代價函數(shù)進行尋優(yōu)，實現(xiàn)了變流器的綜合優(yōu)化控制。

在現(xiàn)有的變流器模型預(yù)測控制算法中，變流器有限控制集模型預(yù)測控制算法(finite?control?set?model?predictive?control,?FCS-MPC)針對變流器開關(guān)控制信號的離散特性，通過設(shè)計開關(guān)函數(shù)組合，并利用開關(guān)函數(shù)組合個數(shù)有限的特性，由變流器預(yù)測模型遍歷計算全部開關(guān)函數(shù)組合分別作用下的系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測值；通過構(gòu)建代價函數(shù)來綜合變流器系統(tǒng)的控制性能，并選擇使代價函數(shù)最小的開關(guān)函數(shù)組合作用于變流器。FCS-MPC算法具有建模直觀、控制直接、動態(tài)響應(yīng)快、無需經(jīng)典變流器控制結(jié)構(gòu)中的PWM調(diào)制模塊等優(yōu)勢，但也存在在線計算復(fù)雜、開關(guān)頻率較高且不可控、難以實現(xiàn)經(jīng)典模型預(yù)測控制理論中的多步預(yù)測計算等問題，這將導(dǎo)致算法保守且影響算法的抗干擾性，而較高的開關(guān)頻率則增加了變流器的熱損耗，降低了變流器的效率。

針對FCS-MPC算法多步預(yù)測的問題，已公開的方法主要包括：1、文獻(一種多步預(yù)測的變流器有限控制集模型預(yù)測控制算法.中國電機工程學(xué)報,2012,32(33):37-44.)，采用三步預(yù)測計算，兩步尋優(yōu)計算的策略來降低算法的保守性，這種方法難以直接增加預(yù)測步數(shù)。2、文獻(Model?predictive?direct?current?control:?Formulation?of?thestator?current?bounds?and?the?concept?of?the?switching?horizon.?IEEE?IndustryApplications?Magazine,?2012,?18(2):47-59.)，是一種經(jīng)典的多步模型預(yù)測控制算法。該算法基于外推法進行系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測計算，將預(yù)測時域組織成“S”、“E”兩種狀態(tài)，“S”是開關(guān)狀態(tài)(switch)，“E”是外推狀態(tài)(extrapolate)。在多步預(yù)測計算過程中，只有在“S”狀態(tài)才進行尋優(yōu)計算，而在“E”狀態(tài)僅僅基于“S”狀態(tài)的最優(yōu)控制量計算系統(tǒng)響應(yīng)，這兩種狀態(tài)的切換由狀態(tài)量跟蹤偏差的寬度決定，因此需折中考慮預(yù)測步數(shù)的長度與算法跟蹤控制性能。3、文獻(Long-horizon?finite-control-set?model?predictive?control?withnonrecursive?sphere?decoding?on?an?FPGA.?IEEE?Transactions?on?powerelectronics,?2020,35(7):7520-7531)，采用球解碼算法結(jié)合FPGA并行計算硬件實現(xiàn)多步預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有變流器模型預(yù)測控制算法存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種易于實現(xiàn)、高效可靠的多步預(yù)測變流器模型預(yù)測控制方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟：