[發(fā)明專利]一種阻抗源逆變器的魯棒預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011576070.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN112688587B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚天誠(chéng);劉平;張桂斌;譚天利;吳剛;吳文昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 珠海創(chuàng)芯科技有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/5387
• 分類號(hào): H02M7/5387
• 代理公司: 長(zhǎng)沙智路知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43244
• 代理人: 張毅

1.一種阻抗源逆變器的魯棒預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，所述控制方法具體包括：

步驟1：采樣k時(shí)刻的輸出電流，電容電壓和電感電流：

在k時(shí)刻，分別對(duì)qZSI的三相輸出電流i_a，i_b和i_c，電容電壓v_c1和電感電流i_L1進(jìn)行采樣，然后根據(jù)得到輸出電流在靜止坐標(biāo)系下的α、β軸上的電流分量i_α和i_β，記輸出電流i_o＝i_α+ji_β：

步驟2：計(jì)算直通狀態(tài)下的電感電流及其對(duì)應(yīng)的代價(jià)函數(shù)：

采用一階歐拉離散法將式(2)進(jìn)行離散化，得到k+1時(shí)刻的電感電流預(yù)測(cè)值

式中，i_L1(k+1)為第k+1個(gè)采樣周期的電感電流預(yù)測(cè)值，i_L1(k)為第k個(gè)采樣周期的電感電流，v_c1(k)為第k個(gè)采樣周期的電容電壓，T_s為采樣周期，L₁為qZSI的電感，R_L1為輸入電感的內(nèi)阻；

阻抗源逆變器中，輸入電源Vin的一端連接R_L1的一端，R_L1的另外一端連接電感L₁的一端，電感L₁的另外一端連接二極管D的陽(yáng)極和電容C₂的一端，二極管D的陰極連接電容C₁的一端和R_L2的一端，R_L2的另外一端連接電感L₂的一端，電感L₂的另外一端連接電容C₂的另外一端以及逆變電路的正輸入端，逆變電路的負(fù)輸入端連接電容C₁的另外一端以及輸入電源Vin的另外一端；

直通狀態(tài)下電感電流的代價(jià)函數(shù)g_{iL_ST}為：

g_{iL_ST}＝|i_{L1_ref}-i_{L1_ST}(k+1)| (4)

式中，i_{L1_ref}為電感電流參考值，i_{L1_ST}(k+1)為直通狀態(tài)下第k+1個(gè)采樣周期的電感電流預(yù)測(cè)值；

步驟3：計(jì)算非直通狀態(tài)下的電感電流及其對(duì)應(yīng)的代價(jià)函數(shù)：

采用一階歐拉離散法將式(5)進(jìn)行離散化，得到k+1時(shí)刻的電感電流預(yù)測(cè)值

非直通狀態(tài)下的電感電流的代價(jià)函數(shù)g_{iL_ns}設(shè)計(jì)為：

g_{iL_ns}＝|i_{L1_ref}-i_{L1_ns}(k+1)| (7)

式中，i_{L1_ns}(k+1)為非直通狀態(tài)下第k+1個(gè)采樣周期的電感電流預(yù)測(cè)值；

當(dāng)g_{iL_ST}小于g_{iL_ns}時(shí)，判斷為直通狀態(tài)，則直接輸出直通矢量；當(dāng)g_{iL_ST}大于g_{iL_ns}時(shí)，判斷為非直通狀態(tài)，并進(jìn)行下一步的計(jì)算電容電壓和輸出電流的代價(jià)函數(shù)；

步驟4：計(jì)算電容電壓和輸出電流的代價(jià)函數(shù)

采用一階歐拉離散法將式(8)進(jìn)行離散化，得到非直通狀態(tài)下k+1時(shí)刻的電容電壓預(yù)測(cè)值為

式中，i_inv(k+1)是逆變器電流；

三相逆變器的相電壓輸出方程為

采用一階歐拉離散法將式(10)進(jìn)行離散化，可得

式中：R和L分別為負(fù)載電阻和電感，i_o(k+1)為第k+1個(gè)采樣周期的輸出電流預(yù)測(cè)值；i_o(k)為第k個(gè)采樣周期的輸出電流采樣值，可由式(1)得到；V_x(k)為第k個(gè)采樣周期的輸出電壓值；其中下標(biāo)x＝[0～7]；

對(duì)電容電壓和輸出電流使用兩個(gè)單獨(dú)的代價(jià)函數(shù)，電容電壓和輸出電流的代價(jià)函數(shù)分別設(shè)計(jì)為：

g_vc1(i)＝|v_{c1_ref}-v_c1(k+1)| (12)

g_io(i)＝|i_{o_ref}-i_o(k+1)| (13)

式中，v_{c1_ref}為電容電壓參考值，i_{o_ref}為輸出電流參考值，將逆變器輸出的7個(gè)電壓矢量V_i依次代入式(10)，(11)，并根據(jù)式(12)和(13)得到7個(gè)g_vc1(i)和g_io(i)，其中i＝0，1，…，6；

步驟5：電感電容觀測(cè)

通過電感電容觀測(cè)對(duì)所建立的qZSI的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，假設(shè)預(yù)測(cè)模型中qZSI的電感值為L(zhǎng)_m，電容值為C_m，此時(shí)非直通狀態(tài)下電感電流和電容電壓的預(yù)測(cè)表達(dá)式為

直通狀態(tài)下電感電流和電容電壓的預(yù)測(cè)表達(dá)式為

當(dāng)預(yù)測(cè)模型中負(fù)載電感值為L(zhǎng)_p，此時(shí)輸出電流的預(yù)測(cè)表達(dá)式為

根據(jù)式(3)、(6)、(15)和(17)，推導(dǎo)出非直通狀態(tài)和直通狀態(tài)下準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)電感等效值的表達(dá)式：

根據(jù)式(9)和(16)，推導(dǎo)出非直通狀態(tài)下準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)電容等效值的表達(dá)式：

根據(jù)式(11)和(19)，推導(dǎo)出負(fù)載電感等效值的表達(dá)式：

根據(jù)(20)～(22)式中觀測(cè)出的準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò)電感、電容以及負(fù)載電感對(duì)所提出的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正；

步驟6：得到最優(yōu)電壓矢量：

根據(jù)式(12)和(13)可計(jì)算得到電容電壓和輸出電流的七個(gè)誤差，i取值0～6，將兩者的誤差按升序排列

r₁ⁱ＝rank[g_vc1(i)] (23)

r₂ⁱ＝rank[g_io(i)] (24)

由式(23)和(24)可知，電容電壓和輸出電流的誤差越小，相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)排名越高，根據(jù)式(23)和(24)排列的開關(guān)狀態(tài)，最終選取使得g_vc1(i)和g_io(i)分別較小時(shí)對(duì)應(yīng)的前3個(gè)電壓矢量，并從中選擇g_vc1(i)和g_io(i)的公共電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量，從而得到一組最優(yōu)電壓矢量，最優(yōu)電壓矢量的選擇原則為：當(dāng)代價(jià)函數(shù)g_vc1(i)和g_io(i)各選取的三個(gè)電壓矢量中有不止一個(gè)公共電壓矢量時(shí)，選擇排名最靠前的電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量；當(dāng)代價(jià)函數(shù)g_vc1(i)和g_io(i)沒有公共電壓矢量時(shí)，選擇使得g_vc1(i)最小的電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量，從而提高系統(tǒng)的魯棒性。