[發(fā)明專利]基于虛擬電壓矢量的五相逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011269628.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN112234900B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何鴻云;宋文勝;劉川;余彬;李婷婷;李建新;崔恒斌;馮曉云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都運(yùn)達(dá)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/14
• 分類號(hào): H02P21/14;H02P21/22;H02P27/06;H02J3/01;H02M7/483
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發(fā)明公開了基于虛擬電壓矢量的五相逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：將五相逆變器輸出的方向相同的十個(gè)大矢量和十個(gè)中矢量合成α?β子空間下的虛擬電壓矢量；根據(jù)第k控制周期的最優(yōu)矢量、與最優(yōu)矢量相鄰的兩個(gè)虛擬矢量、零矢量以及與最優(yōu)矢量方向相反的虛擬矢量構(gòu)建屬于第k+1控制周期的動(dòng)態(tài)控制集；根據(jù)簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)控制集進(jìn)行評(píng)價(jià)函數(shù)值計(jì)算，并從動(dòng)態(tài)控制集中選取評(píng)價(jià)函數(shù)值最小的電壓矢量作為對(duì)應(yīng)控制周期的最優(yōu)矢量；若最優(yōu)矢量為虛擬電壓矢量，則生成對(duì)稱的開關(guān)序列輸出。本發(fā)明構(gòu)建的動(dòng)態(tài)控制集包含五個(gè)電壓矢量，每個(gè)控制周期只需進(jìn)行5次尋優(yōu)計(jì)算即可確定最優(yōu)矢量，計(jì)算復(fù)雜度低，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子與電力傳動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它涉及基于虛擬電壓矢量的五相逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，模型預(yù)測(cè)控制在電機(jī)控制領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注，其中，有限集模型預(yù)測(cè)電流控制(finite control set model predictive current control，F(xiàn)CS-MPCC)因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易于處理系統(tǒng)約束問題等優(yōu)點(diǎn)，已成為模型預(yù)測(cè)控制在電機(jī)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，近年來(lái)，多相電機(jī)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)因其在電壓受限制的場(chǎng)合能夠提供更大的功率，且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、運(yùn)行效率高、容錯(cuò)性能好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，成為電機(jī)控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

多相電機(jī)中比較有代表性的有五相永磁同步電機(jī)，將模型預(yù)測(cè)控制應(yīng)用于五相電機(jī)的控制已成為目前的研究熱點(diǎn)。但由于五相電壓源型逆變器輸出的電壓矢量數(shù)量比較多，根據(jù)幅值的大小可分為大矢量、中矢量、小矢量、零矢量共31個(gè)電壓矢量；對(duì)于最基本的FCS-MPCC來(lái)說(shuō)，需要遍歷每一個(gè)電壓矢量進(jìn)行電流預(yù)測(cè)并通過(guò)評(píng)價(jià)函數(shù)尋優(yōu)，這無(wú)疑會(huì)增加數(shù)字處理器的計(jì)算負(fù)擔(dān)；為此，有學(xué)者提出僅采用大矢量和零矢量作為控制集的模型預(yù)測(cè)方法MPCC-11，還有采用大矢量、中矢量和零矢量作為控制集的MPCC-21，這兩種方法都是通過(guò)減小控制集中矢量的個(gè)數(shù)來(lái)減小計(jì)算量。另外一種思路是通過(guò)基本電壓矢量合成虛擬電壓矢量的方法，在減小計(jì)算量的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)低次諧波電流消除的功能。

然而，上述的基本電壓矢量合成虛擬電壓矢量的方法仍存在較大的計(jì)算量。為此，如何進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)一種計(jì)算量更小的基于虛擬電壓矢量的五相逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)是我們目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有五相電壓源逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法的計(jì)算量較大的問題，本發(fā)明的目的是提供基于虛擬電壓矢量的五相逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)，在減小模型預(yù)測(cè)控制方法計(jì)算量的同時(shí)，既保證了電流的動(dòng)靜態(tài)性能，又有效消除了低次諧波電流。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，提供了基于虛擬電壓矢量的五相逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法，包括以下步驟：

S1：根據(jù)伏秒平衡原則將五相逆變器輸出的方向相同的十個(gè)大矢量和十個(gè)中矢量合成α-β子空間下的虛擬電壓矢量；

S2：根據(jù)第k控制周期的最優(yōu)矢量、與最優(yōu)矢量相鄰的兩個(gè)虛擬矢量、零矢量以及與最優(yōu)矢量方向相反的虛擬矢量構(gòu)建屬于第k+1控制周期的包含5個(gè)電壓矢量的動(dòng)態(tài)控制集；

S3：根據(jù)簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)控制集進(jìn)行評(píng)價(jià)函數(shù)值計(jì)算，并從動(dòng)態(tài)控制集中選取評(píng)價(jià)函數(shù)值最小的電壓矢量作為對(duì)應(yīng)控制周期的最優(yōu)矢量；

S4：若最優(yōu)矢量為虛擬電壓矢量，則將合成虛擬電壓矢量的大矢量的作用時(shí)間等分為兩段，分別作用在控制周期的兩端，并將中矢量作用在控制周期的中間；或，將合成虛擬電壓矢量的中矢量的作用時(shí)間等分為兩段，分別作用在控制周期的兩端，并將大矢量作用在控制周期的中間，以生成對(duì)稱的開關(guān)序列。

進(jìn)一步的，所述大矢量與中矢量以0.618：0.382的占空比共合成十個(gè)虛擬電壓矢量，依次為：V_v1、V_v2……V_v10。