[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;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

本發(fā)明提供了一種阻抗源逆變器的魯棒預(yù)測(cè)控制方法，該方法中對(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)，對(duì)其代價(jià)函數(shù)值進(jìn)行比較，分別選取使得電容電壓、輸出電流代價(jià)函數(shù)值較小的三個(gè)電壓矢量，將兩者公共的電壓矢量作為最優(yōu)電壓矢量，并用于控制逆變器。在參數(shù)魯棒性方面，根據(jù)逆變器的狀態(tài)量建立參數(shù)觀測(cè)器模型，在線修正預(yù)測(cè)模型中的電感和電容值，增強(qiáng)控制器的魯棒性能。最終實(shí)現(xiàn)權(quán)重因子優(yōu)化的阻抗源逆變器魯棒預(yù)測(cè)控制，在不增加系統(tǒng)開關(guān)頻率的同時(shí)消除代價(jià)函數(shù)中權(quán)重系數(shù)的設(shè)計(jì)，降低代價(jià)函數(shù)計(jì)算的復(fù)雜度，且在模型參數(shù)變化時(shí)具有較強(qiáng)的魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于準(zhǔn)Z源逆變器的改進(jìn)控制方法領(lǐng)域，更具體地，涉及一種阻抗源逆變器的魯棒預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)電壓源逆變器相比，如阻抗源逆變器因其具有升降壓，提高可靠性，產(chǎn)生連續(xù)的輸入電流以及較小的無源器件尺寸等優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、可再生能源系統(tǒng)和電池儲(chǔ)能領(lǐng)域前景廣闊。常用的阻抗源逆變器控制方法主要是基于傳統(tǒng)比例積分(PI)控制。然而，該方法不僅需要復(fù)雜的脈寬調(diào)制器，且其控制性能受PI調(diào)節(jié)器的影響較大。隨著數(shù)字信號(hào)處理器計(jì)算性能的快速提升，近年來，許多新型控制理論也逐漸被應(yīng)用到阻抗源逆變器的控制中，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模型預(yù)測(cè)控制(MPC)等。其中，有限控制集模型預(yù)測(cè)控制因其原理簡單、控制靈活、可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化控制、無需脈寬調(diào)制(PWM)等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛研究和應(yīng)用。

有限控制集模型預(yù)測(cè)控制的代價(jià)函數(shù)是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)電壓矢量選擇的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須根據(jù)控制目標(biāo)、基于系統(tǒng)模型的預(yù)測(cè)變量及參考變量進(jìn)行構(gòu)建。代價(jià)函數(shù)可以包含多個(gè)控制目標(biāo)、變量及約束條件，且能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制。代價(jià)函數(shù)中的各項(xiàng)需要分配權(quán)重系數(shù)，其作用是調(diào)節(jié)該項(xiàng)與其他控制目標(biāo)之間的重要性或者確定代價(jià)函數(shù)中的權(quán)重關(guān)系。正確設(shè)計(jì)合理的權(quán)重系數(shù)對(duì)于選擇電壓矢量、實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)、保證系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能十分重要。阻抗源逆變器的模型預(yù)測(cè)控制至少包含三個(gè)以上的控制目標(biāo)，這幾者獨(dú)立發(fā)揮作用卻又相互制約，綜合協(xié)調(diào)它們的關(guān)系是實(shí)現(xiàn)良好模型預(yù)測(cè)控制的關(guān)鍵，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)來調(diào)節(jié)它們?cè)诖鷥r(jià)函數(shù)中所占的權(quán)重，但是目前權(quán)重系數(shù)設(shè)計(jì)多以試湊為主，尚無完善理論體系及通用的有效解決方案。此外，現(xiàn)有的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)過于依賴被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，一旦外界擾動(dòng)造成模型參數(shù)失配，將對(duì)控制效果帶來不良影響。

然而，目前在阻抗源逆變器的控制方法上存在如下缺陷：

1.基于傳統(tǒng)比例積分(PI)的PWM控制方法需要復(fù)雜的脈寬調(diào)制單元，且通常與比例積分控制器結(jié)合使用，其控制性能受PI調(diào)節(jié)器的影響較大，且需要進(jìn)行PI參數(shù)設(shè)計(jì)。

2.模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相對(duì)于模型預(yù)測(cè)控制，設(shè)計(jì)難度較大。

3.發(fā)明專利《基于標(biāo)幺化的永磁同步電機(jī)無權(quán)重系數(shù)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制方法，201910399476.X》提出了一種以轉(zhuǎn)矩和磁鏈為目標(biāo)函數(shù)的無權(quán)重系數(shù)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制方法，通過改寫目標(biāo)函數(shù)，將不同量綱的轉(zhuǎn)矩和磁鏈轉(zhuǎn)化為同一量綱，從而消除了權(quán)重系數(shù)。然而，該發(fā)明專利只適用于傳統(tǒng)電壓源逆變器驅(qū)動(dòng)的永磁同步電機(jī)，不適用于準(zhǔn)Z源逆變器。

4.現(xiàn)有的阻抗源逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法大都需要設(shè)計(jì)多個(gè)權(quán)重系數(shù)，傳統(tǒng)方法在大量試湊或?qū)嶒?yàn)的基礎(chǔ)上確定固定的權(quán)重分配，無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能及開關(guān)性能的全局最優(yōu)，且魯棒性差。

5.文獻(xiàn)《A Powerful Finite Control Set-Model Predictive ControlAlgorithm for Quasi Z-Source Inverter》通過使用電感電流子代價(jià)函數(shù)來判斷是否為直通狀態(tài)，提出了一種簡化代價(jià)函數(shù)的準(zhǔn)Z源逆變器模型預(yù)測(cè)控制方法，但該方法仍存在傳統(tǒng)代價(jià)函數(shù)中權(quán)重系數(shù)設(shè)計(jì)難題。此外，該方法并未考慮參數(shù)失配對(duì)系統(tǒng)性能的影響，系統(tǒng)魯棒性差。