[發明專利]模塊化中壓波形發生器損耗均衡控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011337083.5
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112510966B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 岳雨霏;楊禧;金家興;唐欣;賈奧祺;王世能;馬鈴翔;李迎奧
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M7/00;H02J3/26;H02J3/36
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

1.一種模塊化中壓波形發生器損耗均衡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

針對模塊化中壓波形發生器橋臂中投入的子模塊，定義子模塊動作標志位Flag_ij，當Flag_ij＝1時，表示子模塊左橋臂在第k個周期已發生開關動作，當Flag_ij＝0時，表示子模塊右橋臂在第k個周期已發生開關動作；根據公式H_ij(k)＝L_ij(k)-R_ij(k)確定子模塊在第k個周期的開關狀態H_ij(k)；其中，L_ij(k)表示第k個周期的全橋子模塊左橋臂開關信號，R_ij(k)表示第k個周期的全橋子模塊右橋臂開關信號，此時設定Flag_ij＝0；

當子模塊在第k+1個周期的開關狀態需要增加1時，根據公式H_ij(k+1)＝H_ij(k)+1確定第k+1個周期的開關狀態H_ij(k+1)：根據公式L_ij(k+1)＝L_ij(k)+1確定左橋臂在第k+1個周期的開關信號L_ij(k+1)，根據公式R_ij(k+1)＝R_ij(k)確定右橋臂在第k+1個周期的開關信號R_ij(k+1)；完成開關動作設置后，設置Flag_ij＝1，則第k+1個周期中，子模塊左橋臂的開關信號已發生變化，在第k+2個周期內優先改變右橋臂的開關信號；

當子模塊在k+1周期的開關狀態需要減少1時，根據公式H_ij(k+1)＝H_ij(k)-1確定第k+1個周期的開關狀態H_ij(k+1)：根據公式L_ij(k+1)＝L_ij(k)-1確定左橋臂在第k+1個周期的開關信號L_ij(k+1)，根據公式R_ij(k+1)＝R_ij(k)確定右橋臂在第k+1個周期的開關信號R_ij(k+1)；完成開關動作設置后，設置Flag_ij＝1，則第k+1個周期中，子模塊左橋臂的開關信號已發生變化，在第k+2個周期內優先改變右橋臂的開關信號；

依此類推；

所述開關狀態即每個全橋子模塊的電平數，左橋臂和右橋臂的開關信號分別是指左橋臂和右橋臂的輸出電平；

所述模塊化中壓波形發生器橋臂中投入的子模塊的確定方法包括：針對每個橋臂，將該橋臂所有全橋子模塊電容電壓u_dcij(k)進行升序排序，獲得升序序列L_inc＝{L[1],L[2],..L[N]}，其中，L[1]＝1，L[2]＝2，...L[N]＝N；根據公式△Q_j(k+1)＝Q_{opt_j}(k+1)-Q_j(k)確定第k+1個周期相對于第k個周期橋臂電平數的變化量△Q_j(k+1)；采集第k+1個周期的橋臂電流i_j(k+1)；根據橋臂電平數的變化量△Q_j(k+1)、橋臂電流i_j(k+1)的充放電狀態，確定開關狀態發生動作的全橋子模塊：當△Q_j(k+1)＝1時，若i_j(k+1)為充電狀態，則從序列L_inc中按照L[1],L[2],..的順序選擇開關狀態不為1的首個全橋子模塊，將其開關狀態增加1；若i_j(k+1)為放電狀態，則從序列L_inc中按照L[N],L[N-1],..的順序選擇開關狀態不為1的首個全橋子模塊，將其開關狀態增加1；當△Q_j(k+1)＝-1時，若i_j(k+1)為充電狀態，則從序列L_inc中按照L[N],L[N-1],..的順序選擇開關狀態不為-1的首個全橋子模塊，將其開關狀態減少1；當△Q_j(k+1)＝-1時，若i_j(k+1)為放電狀態，則從序列L_inc中按照L[1],L[2],..的順序選擇開關狀態不為-1的首個全橋子模塊，將其開關狀態減少1；其中，Q_{opt_j}(k+1)、Q_j(k)分別為第k+1個周期、第k個周期的橋臂電壓的最優電平數；

第k+1個周期的橋臂電壓的最優電平數Q_{opt_j}(k+1)、Q_j(k)的計算過程包括：

A)定義當前控制周期為第k個周期，下一個控制周期為第k+1個周期，模塊化中壓波形發生器在第k個周期內四個橋臂的橋臂電流為i_j(k)，提取第k個周期的模塊化中壓波形發生器的輸入電流i_s(k)、輸出電流i_o(k)、內部環流i_z(k)，其中，j代表任一橋臂，j＝1,2,3,4；

B)根據第k個周期的的輸入電流i_s(k)、輸出電流i_o(k)、內部環流i_z(k)，結合第k個周期的交流輸入電壓u_s(k)、四個橋臂在第k+1個周期的橋臂電壓預測值u_j(k+1)，確定第k+1個周期的輸入電流預測值i_s(k+1)、輸出電流預測值i_o(k+1)、內部環流預測值i_z(k+1)；其中，i_s(k)＝i₁(k)+i₃(k)；i_o(k)＝i₁(k)-i₂(k)；i_z(k)＝0.5×[(i₁(k)+i₂(k))-(i₃(k)+i₄(k))]；

C)根據交流電壓輸入需求和交流電壓輸出需求，建立包含第k+1個周期的輸入電流預測值i_s(k+1)、輸出電流預測值i_o(k+1)、內部環流預測值i_z(k+1)、第k個周期所有子模塊電容電壓平均值u_{dc_ave}(k)的模型預測控制的評估函數J；

D)以保證模型預測控制評估函數J最小化為選取原則，確定第k+1個周期四個橋臂電壓的最優電平數Q_{opt_j}(k+1)。