[發明專利]一種T型三電平變換器直接電流預測控制方法及系統

在審

• 申請號: 202011639706.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112787529A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 田崇翼;汪家薇;馬欣;邵珠亮;王學睿
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開了一種T型三電平變換器直接電流預測控制方法及系統，包括：獲取T型三電平變換器當前時刻的電網電壓、輸出電流和直流母線電壓；根據直流母線電壓與電網電壓的差值，計算T型三電平變換器在下一周期的預測輸出電流，以及在下一周期使電流上升和下降脈動最小的開關組合；根據當前輸出電流與預測輸出電流之間的差值，計算下一周期開關組合中開通和關斷的占空比；在下一周期將開關組合根據占空比作用于開關管，直接控制電流的輸出。采用直接電流控制方法，通過對T型三電平變換器調整開關管的占空比，以此控制電流輸出方式，保證T型三電平變換器快速的動態響應和納入非線性系統的同時降低延遲時間。

技術領域

本發明涉及T型三電平變換器控制技術領域，特別是涉及一種T型三電平變換器直接電流預測控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在恒定頻率開關變換器或開關模式功率變換器中，一般都是通過占空比控制而提供輸出調節，即通過調節功率開關器件的導通時間和關斷時間的比率以響應輸入或輸出電壓的變化，常用的占空比控制和電流型控制都是通過調節占空比完成輸出調節，但不同之處在于常用的占空比控制只能根據輸出電壓的改變來調節占空比，而電流型控制則根據主電感電流的變化調節占空比。

根據控制物理量，電流型控制分為直接電流控制和間接電流控制，直接電流控制技術是采用跟蹤性PWM控制技術對電流波形的瞬時值進行反饋控制，直接指令電流的發生，結構簡單，電流調節響應快，對擾動的魯棒性好；電流預測控制對于多變量、非線性系統的控制具有明顯的優勢，對由于模型失配、時變、干擾等不確定性及時進行彌補，始終把新的優化建立在實際的基礎上，使控制保持實際上的最優，電流預測控制技術相比于傳統的控制技術實現過程靈活，在電流跟蹤性能和中點電位平衡控制方面具有較快的響應速度，大大減少了電流的脈動。

近年來，太陽能和風能等可再生能源得到迅速的發展，并網變換器作為分布式發電系統與電網連接的橋梁，是分布式發電系統的核心。其中，T型三電平單相并網變換器是一種重要的并網變換器，其具有較少的功率開關管以及變換器效率高等優點；與兩電平變換器相比，多電平變換器有以下優點：高電能質量、高電壓能力、良好的電磁兼容性和開關損耗低等。由于這些優勢，大量適用于中、大功率電氣裝置的多電平變換器相繼被提出，目前常用的拓撲結構有：二極管中點鉗位型(Neutral P0int Clamped，NPC)變換器、飛跨電容型(Fying Capacit0r，FC)變換器和級聯H橋型(Cascaded H-Bridge，CHB)變換器。

目前并網變換器大都采用兩電平拓撲，很難滿足大電網高電能質量的要求；傳統二極管鉗位型三電平變換器雖能夠提高電能質量，但是其具有開關數目多、導通損耗大和功率損耗不均勻等缺點，而且效率相對較低，很難在光伏新能源中廣泛應用；T型三電平并網變換器具有開關選擇多和輸出諧波小的優點，和傳統二極管鉗位變換器相比具有更少的開關數目，因此效率較高。

三電平變換器常用的PWM調制方法源于兩電平PWM方法，但因其拓撲的影響使調制方法更具多樣性，可以分載波PWM方法和空間矢量PWM方法、特定諧波消除PWM方法；其中，載波PWM調制方法因其原理簡單并易于實現的優點被廣泛利用，但存在直流利用率低、開關損耗大等問題；空間矢量PWM方法直流利用高、輸出波形質量高、損耗較小、系統開關頻率較低，且便于數字化實現，因此在三電平逆變中的應用比較廣泛，而隨著電平數量的增多，其算法的復雜性也會增加；三電平空間電壓矢量存在的區間劃分繁瑣、矢量作用時間計算復雜等問題，特定諧波消除PWM方法具有效率高、輸出波形質量高、交流側濾波器尺寸小等優點，然而算法在和實現方法都比較復雜，需要大量的存儲空間，不宜用于實時控制。綜上所述可以看出，如何簡化T型三電平單相并網變換器的控制過程，從而提高控制靈活度是目前亟待解決的問題。

發明內容