基于模型预测控制的空间矢量调制方法、系统及逆变器技术方案

本发明专利技术属于逆变控制技术领域，公开了一种基于模型预测控制的空间矢量调制方法、系统及逆变器，基于模型预测控制的空间矢量调制方法包括：采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；通过SVPWM的调制进行电压预测值到开关信号的无差转换；且所述转换过程中可实现固定可设的开关频率。本发明专利技术基于空间矢量的模型预测电流控制具有参数易于设计，动态响应快，开关频率固定可调，补偿效果好，易于应用非线性系统等优点，本发明专利技术能够有效大大减少运算量，但却不影响控制效果，在保证控制精度不变的条件下提高了系统控制的快速性。

【技术实现步骤摘要】
基于模型预测控制的空间矢量调制方法、系统及逆变器
本专利技术属于逆变控制
，尤其涉及一种基于模型预测控制的空间矢量调制方法、系统及逆变器。
技术介绍
目前，传统的MPC电流控制方法具有较快的响应速度，而且能够直接输出驱动信号，无需进行PWM调制过程，然而其开关频率不固定，要想达到和其他控制方法相同的控制效果，MPC的控制时间要更短，但在利用传统的MPC方法控制电流输出时，在每次采样周期内,系统需要分别计算出27种开关状态影响下的被控电流预测值，在性能优化函数中也需要分别计算27开关状态作用下的预测值与指令值的差值，若需要增加被控量，相应的计算量也会成倍增加，极大程度地影响了MPC算法在电流跟踪中的应用效果。改进的MPC的控制包含两大关键模块，即改进的预测控制模块与改进的优化性能函数模块，其跟踪效果受两个模块共同影响，其中，改进的预测模型模块具有快速准确的将指令电流转换成指令电压的作用，而改进的优化性能函数在选择最接近的电压矢量时仍存在一定的误差，而且直接生成开关信号，导致开关频率不固定，对器件造成更高的要求。改进的MPC方法在于通过选择最接近的基本电压矢量来代替想要输出的参考电压矢量，与传统的MPC的一致，两种方法均存在选择的电压矢量与指令输出电压矢量之间仍存在一定误差的缺点，均属于有差控制方式，而且两种方法开关频率不固定，对开关器件产生了更高的要求。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的MPC电流控制方法以及现有改进的MPC方法，开关频率都不固定，对开关器件要求高；计算量大，且存在误差，导致MPC算法在电流跟踪中的应用效果不佳。解决以上问题及缺陷的意义为：当MPC应用于多电平逆变器时，因寻优矢量数目增多而降低动态性能，本专利技术方法中采用电压预测替换电流预测，可简化每次寻优中的计算量，从而提高多次寻优的动态性能，适用于多电平大功率逆变器场合。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于模型预测控制的空间矢量调制方法、系统及逆变器。MPC为代表模型预测控制(MPC-basedSVPWMMechanism)。本专利技术是这样实现的，一种基于模型预测控制的空间矢量调制方法包括：采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；通过SVPWM的调制进行电压预测值到开关信号的无差转换；且所述转换过程中可实现固定可设的开关频率。进一步，所述改进的预测模型为：其中，L为负载电感；Ts为采样周期；k表示第k次采样。是第k+1次采样周期的预测电流。是第k+1次采样周期的参考电流。是第k+1次采样周期的预测电压。iα，β(k)是第k+1次采样周期的实际电流。进一步，所述基于空间矢量的MPC控制方法包括：步骤一，获取负载侧A、B、C三相电流量；并将获取到的三相电流量进行Clarke变换；步骤二，进行进行一个周期的相角补偿；步骤三，采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；步骤四，进行扇区判断；进行预测，并进行输出。进一步，步骤二中，所述相角补偿包括：本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法的基于模型预测控制的空间矢量调制系统，包括：电流量转换模块，用于采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；无差转换模块，用于通过SVPWM的调制进行电压预测值到开关信号的无差转换；开关频率控制模块，用于控制转换过程中开关频率固定可设。本专利技术的另一目的在于提供一种搭载所述基于空间矢量的MPC控制方法的Z源逆变器。本专利技术的另一目的在于提供一种搭载所述逆变器的微电网或发电系统。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法。包括：采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；通过SVPWM的调制进行电压预测值到开关信号的无差转换；且所述转换过程中可实现固定可设的开关频率。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术基于空间矢量的模型预测电流控制具有参数易于设计，动态响应快，开关频率固定可调，补偿效果好，易于应用非线性系统等优点，本专利技术能够有效大大减少运算量，但却不影响控制效果，在保证控制精度不变的条件下提高了系统控制的快速性。本专利技术为验证本专利技术的方法的三电平Z源逆变器控制策略的可行性，在Simulink环境下搭建了仿真模型。仿真参数为：直流电源Vdc1＝Vdc2＝50V，Z源电容C＝1000μF，Z源电感L＝2mH，负载R＝10Ω，L＝5mH。直通占空比D在0.25s时由0变为0.3。图13给出了NPC三电平Z源逆变器的仿真波形。其中图(a)所示为Z源网络输出电压Vi波形，未添加直通状态时，输出电压维持在直流电源电压即50V，0.25s后插入直通状态，且直通占空比设为0.3，逆变器实现升压功能，“X”网络输出电压成一系列脉冲形状，如图(b)所示。图(c)和图(d)分别为上述动态升压过程中，线电压Uab，及A相的相电压Ua，由图中可以看出，在0.25s直通占空比突变时，经一个周期调整，逆变器输出实现升压功能，根据式(8)线电压峰值约为250V，仿真结果与理论分析一致。A相负载的线电流波形如图(e)所示为，在直通占空比变化过程中，逆变器实现升压输出，负载电流随之增大，且正弦度高，谐波含量少。图14给出了NPC三电平Z源逆变器“X”网络电容Uc2仿真波形。通过上述仿真验证了本专利技术提供的NPC三电平Z源逆变器控制方法具有实际意义。对于基于MPC的常规SVPWM方法，与传统的SVPWM相比，由于省去了用于复杂的三角计算，可以节省10.03％和13.91％的时间。同样，由于减去了电流的滚动优化的计算量，改进的方案在D＝0时比传统的SVPWM和基于MPC的常规SVPWM节省了26.25％和19.25％的时间，而在D＝0.3时，节省了28.78％和17.27％。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于空间矢量的MPC控制原理图。图2是本专利技术实施例提供的基于模型预测控制的空间矢量调制方法流程图。图3是本专利技术实施例提供的基于模型预测控制的空间矢量调制方法原理图。图4是本专利技术实施例提供的基于模型预测控制的空间矢量调制系统结构示意图。图中：1、电流量转换模块；2、无差转换模块；3、开关频率控制模块。图5是本专利技术实施例提供的NPC三电平Z源逆变电路示意图。图6是本专利技术实施例提供的NPC三电平Z源逆变器等效电路示意图。图7是本专利技术实施例提供的空间矢量调制控制框图。图8是本专利技术实施例提供的改进的MPC控制框图。图9是本专利技术实施例提供的NPC三电平Z源逆变器空间矢量图。图10是本专利技术实施例提供的空间矢量图I。图11是本专利技术实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模型预测控制的空间矢量调制方法，其特征在于，所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法包括：/n采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；通过SVPWM的调制进行电压预测值到开关信号的无差转换；且所述转换过程中可实现固定可设的开关频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测控制的空间矢量调制方法，其特征在于，所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法包括：
采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；通过SVPWM的调制进行电压预测值到开关信号的无差转换；且所述转换过程中可实现固定可设的开关频率。


2.如权利要求1所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法，其特征在于，所述改进的预测模型为：






其中，L为负载电感；Ts为采样周期；k表示第k次采样；

是第k+1次采样周期的预测电流；

是第k+1次采样周期的参考电流；

是第k+1次采样周期的预测电压；
iα，β(k)是第k+1次采样周期的实际电流。


3.如权利要求1所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法，其特征在于，所述基于模型预测控制的空间矢量调制方法具体包括：
步骤一，获取负载侧A、B、C三相电流量；并将获取到的三相电流量进行Clarke变换；
步骤二，进行进行一个周期的相角补偿；
步骤三，采用改进的预测模型将指令电流量转换成电压预测量；
步骤四，进行扇区判断；进行预测，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯文宝，刘志坚，李德路，张刚，王文杰，
申请(专利权)人：江苏建筑职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32