[發(fā)明專利]單相NPC三電平逆變器雙矢量電流預(yù)測控制方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310424019.8
• 申請日: 2023-04-19
• 公開（公告）號: CN116566231A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁雷;蔡玉華;徐岸非;梅加偉;王盼;王航;袁凱;徐虎
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/487;H02M7/483;H02M1/088;H02M1/12
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張辰

1.一種單相NPC三電平逆變器雙矢量電流預(yù)測控制方法，其特征在于，所述單相NPC三電平逆變器包括直流源、第一電容、第二電容、第一開關(guān)管至第八開關(guān)管、第一二極管至第四二極管、LC濾波器和負(fù)載電阻，其中，第一電容和第二電容并聯(lián)在直流源的正負(fù)端，第一開關(guān)管至第四開關(guān)管依次串聯(lián)，第五開關(guān)管至第八開關(guān)管依次串聯(lián)，兩組依次串聯(lián)的開關(guān)管分別并聯(lián)在直流源的正負(fù)端，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的連接點(diǎn)與第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的連接點(diǎn)之間依次連接第一二極管和第二二極管，第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的連接點(diǎn)與第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的連接點(diǎn)之間依次連接第三二極管和第四二極管，第一二極管和第二二極管的連接點(diǎn)、第三二極管和第四二極管的連接點(diǎn)，以及第一電容和第二電容的連接點(diǎn)均相連，第二開關(guān)管和第六開關(guān)管的發(fā)射極分別作為單相NPC三電平逆變器的a相輸出端和b相輸出端，a相輸出端和b相輸出端連接LC濾波器和負(fù)載電阻，其中，單相NPC三電平逆變器的九種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)九個(gè)輸出電壓矢量和五個(gè)輸出電壓值，每一輸出電壓矢量對應(yīng)一個(gè)輸出電壓值，所述九個(gè)輸出電壓矢量劃分為若干個(gè)主導(dǎo)矢量和若干個(gè)冗余矢量，所述方法包括：

步驟S1：基于所述單相NPC三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析得到逆變器輸出電流的動(dòng)態(tài)約束方程；

步驟S2：采用前向歐拉法對所述動(dòng)態(tài)約束方程中的逆變器輸出電流變量離散化得到下一時(shí)刻的逆變器輸出電流；

步驟S3：基于所述主導(dǎo)矢量和所述冗余矢量設(shè)計(jì)開關(guān)管的開關(guān)序列，并基于下一時(shí)刻的逆變器輸出電流構(gòu)建得到代價(jià)函數(shù)；

步驟S4：計(jì)算五個(gè)輸出電壓值分別對應(yīng)的代價(jià)函數(shù)值，根據(jù)五個(gè)代價(jià)函數(shù)值構(gòu)建代價(jià)函數(shù)集，并對所述代價(jià)函數(shù)集遍歷尋優(yōu)得到最優(yōu)解和次優(yōu)解分別對應(yīng)的兩個(gè)輸出電壓值，以根據(jù)兩個(gè)輸出電壓值確定相應(yīng)的主導(dǎo)矢量和冗余矢量；

步驟S5：計(jì)算最優(yōu)解和次優(yōu)解對應(yīng)的主導(dǎo)矢量和冗余矢量的作用時(shí)間，并根據(jù)所述開關(guān)序列、所述主導(dǎo)矢量和所述冗余矢量的作用時(shí)間生成多個(gè)PWM脈沖，分別驅(qū)動(dòng)a相和b相上的多個(gè)開關(guān)管，以實(shí)現(xiàn)下一時(shí)刻的逆變器輸出電流的跟蹤預(yù)測。

2.如權(quán)利要求1所述的單相NPC三電平逆變器雙矢量電流預(yù)測控制方法，其特征在于，所述步驟S1中的動(dòng)態(tài)約束方程表示如下：

其中，i_s為逆變器輸出電流，為逆變器輸出電流的變化率，L為濾波器電感值，u_ab為逆變器的輸出電壓值，u_out為負(fù)載電阻的電壓值，r為LC濾波器所在濾波電路的等效電阻。

3.如權(quán)利要求2所述的單相NPC三電平逆變器雙矢量電流預(yù)測控制方法，其特征在于，所述步驟S2中的下一時(shí)刻的逆變器輸出電流表示如下：

其中，i_s(k)為當(dāng)前k時(shí)刻的逆變器輸出電流，i_s(k+1)為k+1時(shí)刻的逆變器輸出電流，T_s為開關(guān)管的控制周期，u_ab(k)為當(dāng)前k時(shí)刻的逆變器輸出電壓值，u_out(k)為當(dāng)前k時(shí)刻的負(fù)載電阻的電壓值。

4.如權(quán)利要求3所述的單相NPC三電平逆變器雙矢量電流預(yù)測控制方法，其特征在于，所述步驟S3中的代價(jià)函數(shù)表示如下：

其中，f為代價(jià)函數(shù)，||為取絕對值函數(shù)，為k+1時(shí)刻給定的逆變器輸出電流。

5.如權(quán)利要求4所述的單相NPC三電平逆變器雙矢量電流預(yù)測控制方法，其特征在于，所述步驟S4中的代價(jià)函數(shù)集表示如下：

g＝{f₁+f₂，f₂+f₃，f₃+f₄，f₄+f₅}

其中，g為代價(jià)函數(shù)集，f₁～f₅分別為五個(gè)輸出電壓值對應(yīng)的代價(jià)函數(shù)值。