[發明專利]三相多電平逆變器零時延多矢量模型預測控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110076212.8
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112910295B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 張承慧;劉暢;邢相洋;李曉艷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M1/12;H02M1/088
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開一種三相多電平逆變器零時延多矢量模型預測控制方法及系統，包括：根據k時刻的三相電流和開關狀態，預測k+1時刻的三相電流，根據k+1時刻的三相電流采用拉格朗日后推法計算k+1時刻的三相電壓；構建雙矢量價值函數，根據k+1時刻的三相電壓求解雙矢量價值函數，根據求解結果在零共模候選矢量中篩選最優雙矢量，根據最優雙矢量的自適應作用時間合成參考電壓；根據構建的解耦函數對懸浮電容和直流側電容進行解耦，根據自適應作用時間以及參考電壓，得到候選開關序列，并以此控制逆變器開關管的動作。實現在減小逆變器交流側輸出電流諧波的同時，消除共模電壓，快速跟蹤電流，不需要權重因子即可實現直流側中點和懸浮電容的控制，減輕計算負擔。

技術領域

本發明涉及多電平逆變器技術領域，特別是涉及一種三相多電平逆變器零時延多矢量模型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。

近年來，多電平變換器因其在開關電壓應力低、dv/dt小、輸出電壓和電流中的諧波較低等優點，已經廣泛地應用于工業中。在多電平逆變器中，提出了三相五電平有源中壓點箝位型(5L-ANPC)逆變器，其輸出的線電壓具有九個電平，并且已應用于六兆瓦風力發電和礦井提升機上。

5L-ANPC型逆變器的每相含有8個開關器件和一個懸浮電容，控制較為復雜，當直流側中點或者懸浮電容電壓不平衡時，逆變器交流側輸出電流諧波增大，電流波形畸變，進而影響到整個系統的穩定和安全運行，威脅到人身和財產安全。

共模電壓(CMV)是電力電子逆變器的關鍵問題，共模電壓會產生高頻耦合電流，促使電機絕緣的老化，產生軸電流，減少軸承的壽命；由于共模電壓產生的漏電流會造成電磁干擾，影響其他電氣設備的正常運行，增大了系統的維護成本，影響了其長期安全運行，所以要實現5L-ANPC型逆變器的穩定運行，必須減少或者消除共模電壓。

由于諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀，而對于并網5L-ANPC型逆變器，過量的諧波流入網側，會污染電網，降低電能質量，也同時影響逆變器的正常工作，減少使用壽命，造成安全隱患。所以當電力電子逆變器交流側輸出電流含有大量諧波時，會使直流側電壓的效率降低，電氣設備過熱，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。

近年來，隨著微處理器技術的發展，模型預測控制(model predictive control,MPC)能夠實現多目標同步優化控制，且無需PWM模塊或比例積分(PI)控制器。基于MPC的優點，可以實現對并網三相5L-ANPC型逆變器的多目標控制。然而，傳統的MPC算法犧牲了THD來實現快速跟蹤電流，增加了逆變器交流輸出側的電流諧波，并且通過設置權重因子來實現多目標的優化控制，而權重因子的選擇和調整是一項復雜的任務，會增加MPC算法的計算負擔，影響到系統的快速性，不合適的權重因子會嚴重影響逆變器的工作狀態。

因此，為了實現并網5L-ANPC型逆變器的穩定運行，提高系統穩定性，需要減小交流側輸出電流的諧波含量，提高電流的波形的同時消除共模電壓CMV，去除MPC算法中的權重因子來提高系統快速跟蹤電流的性能。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種三相多電平逆變器零時延多矢量模型預測控制方法及系統，實現在減小逆變器交流側輸出電流諧波的同時，消除共模電壓，快速跟蹤電流，不需要權重因子即可實現直流側中點和懸浮電容的控制，減輕計算負擔。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種三相多電平逆變器零時延多矢量模型預測控制方法，包括：

根據k時刻的三相電流和開關狀態，預測k+1時刻的三相電流，根據k+1時刻的三相電流采用拉格朗日后推法計算k+1時刻的三相電壓；