[發(fā)明專利]三電平并網(wǎng)逆變器有限控制集模型預(yù)測定頻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011520112.1
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112615557B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚鋼;周荔丹;巫思源
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/12;H02J3/38
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種三電平并網(wǎng)逆變器有限控制集模型預(yù)測定頻方法，根據(jù)三電平并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)離散模型，將占空比優(yōu)化矢量，即零矢量與最優(yōu)開關(guān)矢量，即非零矢量按開關(guān)切換次數(shù)最小原則綁定使用，并分別使其作用最優(yōu)矢量時間；再通過扇區(qū)分區(qū)方法將三電平逆變器所需遍歷的27個電壓矢量減少到某個扇區(qū)內(nèi)的10個矢量，并剔除零矢量只保留非零矢量，即每個控制周期只需遍歷7個非零矢量，從而顯著減小由于計算延時帶來的誤差影響。本發(fā)明能夠在盡量保持較小計算量的情況下，實現(xiàn)開關(guān)頻率固定、并網(wǎng)電流諧波減小與諧波分布范圍變窄等眾多優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種智能電網(wǎng)控制領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于占空比優(yōu)化的三電平并 網(wǎng)逆變器有限控制集模型預(yù)測定頻方法，適用于各種需要控制并網(wǎng)電流的并網(wǎng)逆變器應(yīng)用場合。

背景技術(shù)

電力電子系統(tǒng)往往具有非線性、時變性、強耦合性、不確定性，難以獲得精確模型參數(shù)， 要求動態(tài)響應(yīng)快速等特點，而現(xiàn)有的控制方法往往需要精確的控制對象模型參數(shù)，因而在控制 效果上將大大降低，影響其各種性能，比如參數(shù)整定困難、動態(tài)響應(yīng)緩慢，對諧波的抑制能力 差，系統(tǒng)穩(wěn)定性弱，難以實現(xiàn)數(shù)字化等一系列問題。

針對上述缺陷的改進(jìn)技術(shù)包括滑模變結(jié)構(gòu)控制(Sliding-Mode Control，SMC)、模糊控制 (Fuzzy control)、模型預(yù)測控制(Model Predictive Control，MPC)，其中：模型預(yù)測控制由于其 控制原理直觀、易于建模、無需精確模型和復(fù)雜控制參數(shù)設(shè)計，對克服工業(yè)控制過程中的非線 性及不確定性等問題有非常好的效果，而且易于增加約束、動態(tài)響應(yīng)快、魯棒性強等多種優(yōu)勢， 受到廣泛關(guān)注。模型預(yù)測控制與現(xiàn)有的電流控制方法相比，其更為簡單與高效，并有著更優(yōu)的 動態(tài)響應(yīng)特性。但其每一次控制周期的決策過程都是獨立的，無法形成一個多周期的統(tǒng)一規(guī)劃， 這可能會使得相鄰兩個控制周期都選擇同一個開關(guān)矢量，導(dǎo)致開關(guān)頻率不固定，進(jìn)而導(dǎo)致并網(wǎng) 電流諧波分布廣泛，濾波器參數(shù)難以設(shè)計，甚至系統(tǒng)發(fā)生諧振失穩(wěn)等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種三電平并網(wǎng)逆變器有限控制集模型預(yù)測 定頻方法，適應(yīng)性廣、計算量小、開關(guān)頻率固定的特點，能夠在盡量保持較小計算量的情況下， 還具有固定的開關(guān)頻率與并網(wǎng)電流紋波顯著減少等特點，不但保證經(jīng)典方法的快速性等優(yōu)點， 還實現(xiàn)開關(guān)頻率固定、并網(wǎng)電流諧波減小與諧波分布范圍變窄等眾多優(yōu)勢。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種三電平并網(wǎng)逆變器有限控制集模型預(yù)測定頻方法，根據(jù)三電平并網(wǎng)逆變 器的數(shù)學(xué)離散模型預(yù)測得到最優(yōu)開關(guān)矢量與占空比優(yōu)化矢量，即非零電壓矢量與零電壓矢量， 再按開關(guān)切換次數(shù)最小原則，使這兩個矢量分別以最優(yōu)矢量時間作用于逆變器，使得并網(wǎng)電流 跟蹤給定值；在每個控制周期中，把待輸出電壓矢量集合中的每個電壓矢量依次代入定義好的 代價函數(shù)中，遴選出使得代價函數(shù)取值最小的電壓矢量。

所述的開關(guān)切換次數(shù)最小原則是指：先讓最優(yōu)開關(guān)矢量作用，后讓占空比優(yōu)化矢量作用， 即首先輸出與參考電壓矢量u_ref(k+1)的幅值和相角最接近的逆變器最優(yōu)開關(guān)矢量，并使其作用 T₁時間，然后再輸出與其綁定的開關(guān)切換次數(shù)最小的占空比優(yōu)化矢量，并使其作用T₀時間，則 能夠讓并網(wǎng)電流i(k)先增加△i_L1，再增加△i_L0達(dá)到i_L10(k+1)，使其更接近于i_ref(k+1)，此時存在 電流跟蹤誤差，此誤差比單矢量輸出時的誤差明顯減小；但當(dāng)是上一次控制周期使用的占空比 優(yōu)化矢量與這一次將要使用的占空比優(yōu)化矢量一樣，則應(yīng)該先讓占空比優(yōu)化矢量作用，再讓最 優(yōu)開關(guān)矢量作用，以降低開關(guān)頻率。

例如，根據(jù)開關(guān)切換次數(shù)最小原則，當(dāng)最優(yōu)開關(guān)矢量是(1，1，-1)時，其占空比優(yōu)化矢 量為(1，1，1)；而最優(yōu)開關(guān)矢量是三個開關(guān)函數(shù)不相等時，如(1，0，-1)，則占空比優(yōu)化矢量 應(yīng)為(0，0，0)。

所述的三電平并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)離散模型為：