本发明专利技术公布了应用于电力电子系统的低频快速有限集模型预测控制方法。本发明专利技术以传统有限集模型预测控制为基础，以开关器件开关次数最少为原则，期望相邻采样时刻电力电子系统开关函数至多只有一个数值发生变化，根据这个原则确定当前采样时刻期望出现的开关函数集合作为控制集；在当前采样时刻按计算的时间先后作用上一采样时刻最优开关函数和当前采样时刻最优开关函数。本发明专利技术公布的应用于电力电子系统的低频快速有限集模型预测控制方法在保留传统有限集模型预测控制优点的同时，算法精简快速，开关损耗低等显著优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及电力电子变流和智能控制
，尤其设及应用于电力电子系统的 低频快速有限集模型预测控制方法。
技术介绍
随着经济和社会的发展，电力电子系统在生产和生活中起到不可替代的作用，但 电力电子变换器大量的使用造成了的谐波污染和能量损耗，运些突出的问题日益成为整个 电力电子领域关注的重点。其中电力电子系统中的控制技术直接影响变换器的性能，也直 接影响着谐波和电能损耗，所W电力电子控制技术是当前研究的一个热点。[000引 电力电子系统目前常见的控制策略有：滞环比较控制、模型预测控制、电流预测控 审IJ、前馈解禪控制、直接功率控制等，但是运些控制目前仍有不足之处：简单的滞环比较控 制输入电流纹波依然较大，控制性能和开关频率受环宽的影响较大；而前馈解禪控制为线 性控制，需要一些参数的设定，还需要增加SVPWM或SPWM环节，算法复杂；电流预测控制受 系统运行参数变化影响较大，很容易失控；直接功率控制要依靠开关表，容易与实际运行产 生脱节导致性能变坏；传统有限集模型预测控制虽然动态响应比较快，但算法在线计算量 大造成延时影响控制效果，另外需要较高的开关频率才能有较好的控制效果，开关损耗大。
技术实现思路
针对现有控制策略的不足，本专利技术目的在于提供应用于电力电子系统的低频快速 有限集模型预测控制方法。该方法W传统有限集模型预测控制（Finite Control Set Model Predictive Control，FCS-MPC)为基础，W开关器件开关次数最少为原则，期望相邻采样时 刻电力电子系统开关函数至多只有一个数值发生变化；根据运个原则和上一采样时刻的最 优开关函数，可W找出当前采样时刻期望的所有开关函数；根据系统预测模型和上述期望 的开关函数分别预测下一采样时刻的输出，无需预测期望之外的开关函数对应的输出，从 而精简运算过程；通过遍历法在上述所有的预测结果中找出使得目标函数最优的值对应的 最优开关函数，寻优范围大大缩小，缩短算法执行时间；在当前采样时刻内先后作用上一采 样时刻最优开关函数和找出的当前采样时刻最优开关函数，按计算出的时间分别作用。 本专利技术的目的可W通过W下技术方案来实现：应用于电力电子系统的低频快速有 限集模型预测控制方法，主要步骤如下： (SI)根据电力电子变换器的特性确定状态变量x(k)并列出状态方程；找出所有 可能的开关状态定义开关函数s(j)，其中j = 1:M，M为变换器所有可能出现的开关函数总 数；并明确开关函数S(j)与控制量U(k)的关系； 悅）测量电力电子变换器的状态变量、输出量和可测干扰量； (S3)根据开关器件开关次数最少的原则，期望相邻采样时刻电力电子变换器的开 关函数至多只有一个数值发生变化；根据上一采样时刻的最优开关函数s(k-l) Wt,找出当 前采样时刻期望的所有开关函数S化)1的集合作为控制集，其中i = 1:N，N为期望开关函 数的总数，N<M;根据开关函数S与控制量U(k)的关系找出期望的所有控制量U似1，其中i =1 :N ;定义k-1时刻为上一采样时刻，k时刻为当前采样时刻，k+1为下一采样时刻； (S4)设系统采样周期为Ts,将（SI)中的状态方程改写为离散形成，根据悅）所 述的测量量和（S3)的期望的所有控制量U(k)i预测下一采样时刻的状态变量x(k+l)1，其 中 i = 1:N ; (S5)根据电力电子变换器的工作特性和控制要求定义目标函数J，将（S4)预测的 X化+1)1与参考值X (k+ir通过遍历法求出U似Wt,得到对应的S似。Pt; W11] (S6)由S化-Dwt对应的u(k-l)wt、烦）求出的U似。Pt和目标函数J算出U(k)Wt 的作用时间twt; 阳01引 （S7)在当前采样时刻将IKk-I)Wt和U(k)。。洗后作用到电力电子变换器，在采样 周期的0至Ts-t。。拥间段首先作用S(k-1)Dpt，在Ts-t。。產TS时间段作用S似DP" 所述步骤（S2)中，根据实际运行环境和控制需求测量电力电子变换器的状态变 量、输出量和可测干扰量。 所述步骤（S3)中，根据开关器件开关次数最少的原则，期望相邻采样时刻电力 电子变换器的开关函数至多只有一个数值发生变化。根据上一采样时刻的最优开关函数 s(k-l)。。。确定当前采样时刻期望的出现的所有开关函数S化)1的集合作为控制集，其中i =1:N，N为期望开关函数的总数，N<M;根据开关函数S与控制量U(k)的关系找出期望的 所有控制量U化)i(i = 1:脚，由于N<M，将控制集合缩小，减轻了控制运算负担。 所述步骤（S4)中，设系统采样周期为Ts,将（SI)中的状态方程改写为离散形 成，根据（S2)的测量量和（S3)的期望的所有控制量U(k)i预测下一采样时刻的状态变量 x(k+l)i，其中i = 1:N，无需预测期望之外的开关函数对应的输出，预测值数量由M变为N 从而精简运算过程。 所述步骤（S5)中根据电力电子变换器的工作特性和控制要求定义目标函数J，将 (S4)预测的X化+1)1与参考值X (k+ir通过遍历法求出U似。Pt,得到对应的S似。Pt,寻优范 围由M变为N，缩短算法运算时间。 所述步骤（S6)和（S7)中，由S化-l)wt对应的u(k-l) wt、烦）求出的U似。Pt和目 标函数J算出U似。Pt的作用时间t如果t"pt<0, 就取0,如果t "pt〉Ts，就取TS;在 当前采样时刻将U化-1)Wt和U化）Wt先后作用到电力电子变换器，在采样周期的0至 时间段首先作用5化-1)。。,，在1>*。。,至1\时间段作用8化）。^，通过运种作用方式进一步减 少开关工作次数。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1、与传统有限集模型预测控制相比，保留优点的同时，算法精简快速； 2、电力电子变换器无需传统的SVPWM调制单元或SPWM调制单元； 3、开关器件开关次数减少到最低，开关频率低，开关损耗大幅度降低。【附图说明】 图1是本专利技术的示意 图；图2是本专利技术的算法 流程图； 图3是应用本专利技术的S相电压型整流器双矢量作用示意图； 阳02引图4是应用本专利技术的S相电压型整流器matl油仿真直流侧输出电压的效果图。 图5是应用本专利技术的S相电压型整流器matl油仿真A相交流侧输入电压和电流 的效果图。【具体实施方式】 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述说明，但本专利技术的实施方式 不限于此。需指出的是，W下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参 照现有技术实现的。 如图1和图2所示，本专利技术的应用于电力电子系统的低频快速有限集模型预测控 制方法示意图和算法流程图，主要步骤如下： (SI)根据电力电子变换器的特性确定状态变量x(k)并列出状态方程，找出所有 可能的开关状态定义开关函数s(j) (j = 1:M，M为变换器所有可能出现的开关函数总数；下 同）并明确开关函数S(j)与控制量U(k)的关系：考虑变换器状态空间模型如下：阳的1 ] 其中.雌)e i?"*是状态变量；《(巧G i?"。是控制输入变量；义脚€及"。是被控输出变 量；e 可测量的外部干扰变量；A，Bu, Bd, Cc均为与系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
应用于电力电子系统的低频快速有限集模型预测控制方法，其特征在于包容如下步骤：(S1)根据电力电子变换器的特性确定状态变量x(k)并列出状态方程；找出所有电力电子变换器允许出现的所有开关函数S(j)，其中j＝1～M，M为变换器所有可能出现的开关函数总数；并明确开关函数S(j)与控制量U(k)的关系；(S2)测量电力电子变换器的状态变量、输出量和可测干扰量；(S3)根据开关器件开关次数最少的原则，期望相邻采样时刻电力电子变换器的开关函数至多只有一个数值发生变化；根据上一采样时刻的最优开关函数S(k‑1)opt，确定当前采样时刻期望的所有开关函数S(k)i的集合作为控制集，其中i＝1～N，N为期望开关函数的总数，N<M；根据开关函数S与控制量U(k)的关系找出期望的所有控制量U(k)i，其中i＝1:N；定义k‑1时刻为上一采样时刻，k时刻为当前采样时刻，k+1为下一采样时刻；(S4)设系统采样周期为Ts，将(S1)中的状态方程改写为离散形成，根据(S2)所述的测量量和(S3)的期望的所有控制量U(k)i预测下一采样时刻的状态变量x(k+1)i，其中i＝1～N；(S5)根据电力电子变换器的工作特性和控制要求定义目标函数J，将(S4)预测的x(k+1)i与参考值x(k+1)*通过遍历法求出U(k)opt，得到对应的S(k)opt；(S6)由S(k‑1)opt对应的U(k‑1)opt、(S5)求出的U(k)opt和目标函数J算出U(k)opt的作用时间topt；(S7)在当前采样时刻将U(k‑1)opt和U(k)opt先后作用到电力电子变换器，在采样周期的0至Ts‑topt时间段首先作用S(k‑1)opt，在Ts‑topt至Ts时间段作用S(k)opt。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜贵平，柳志飞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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