一种多电平逆变器多目标预测控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多电平逆变器多目标预测控制方法及系统，包括：从多电平逆变器空间电压矢量中选取共模电压为零的矢量作为候选矢量，并按照双矢量原则重新划分，建立新的空间矢量图；构建不含有权重因子的价值函数；将所述候选矢量按照零矢量、小矢量、中矢量和大矢量进行分类，将每一个中矢量带入所述价值函数中，确定每一个中矢量对应的候选大扇区；在每一个候选大扇区中确定出候选双矢量，基于减小开关损耗的原则，对双矢量进行排序；确定所述双矢量的占空比以及每一个矢量对应的开关序列，从而实现对多电平逆变器的驱动控制。本发明专利技术可以同时实现消除漏电流，提高电能质量，固定开关频率以及降低开关损耗等多目标控制。固定开关频率以及降低开关损耗等多目标控制。固定开关频率以及降低开关损耗等多目标控制。

【技术实现步骤摘要】
一种多电平逆变器多目标预测控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及多电平逆变器
，尤其涉及一种多电平逆变器多目标预测控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]相较于传统的火力发电，新能源发电中的光伏产业具有非常好的前景；作为光伏发电的主体，多电平逆变器由于具有输出电平多，输出电流谐波小，开关应力小等多种优点，逐渐被广泛应用；比如：三相五电平有源中压点箝位型(3P
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5L
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ANPC)逆变器，目前已经被应用到光伏发电等领域。
[0004]3P
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ANPC每相由八个功率开关以及一个悬浮电容组成，并且每相的悬浮电容和直流侧电容存在耦合关系，所以其调控策略相较于传统两，三电平逆变器更加复杂。一旦电容的电压没有控制在需求值附近，将会增大逆变器输出谐波，进而影响到整个系统的平稳运行。
[0005]随着微处理器的发展，模型预测控制(MPC)方法由于能够实现多目标同时在线优化控制，非常适合用于控制多电平逆变器。MPC通过对控制对象进行数学建模，将控制量引入价值函数中，再设置权重因子来实现多目标控制。然而，目前并没有一个确定的方法来选择出合适的权重因子。除此之外，权重因子的加入会加重价值函数的计算量，不利于MPC的快速控制。
[0006]在实际光伏发电中，直流发电侧光伏阵列中的寄生电阻，会与大地之间形成共模回路。当光伏系统中存在共模电压时，将会在共模回路中形成共模漏电流。如果在并网发电条件下对漏电流处理不及时，将会严重污染电能质量，增加系统维护成本，不利于其长期的可靠安全运行。而采取增加滤波电感或者设计隔离型逆变器来减小漏电流的方法，会增加光伏系统的体积，增加了可视成本。此外，在抑制漏电流的同时，也要减少输出电流的谐波，提高并网电流的质量。
[0007]除此之外，当逆变器工作的每个采样周期中，开关频率不固定的时候，会增加滤波器的设计难度；较大的开关损耗也会影响逆变器的寿命。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种多电平逆变器多目标预测控制方法及系统，建立了基于双矢量的零共模多电平空间矢量图，并且提出了基于价值函数来选择候选扇区的策略，进而确定合适的双矢量；可以同时实现消除漏电流，提高电能质量，固定开关频率以及降低开关损耗等多目标控制。
[0009]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0010]一种多电平逆变器多目标预测控制方法，包括：
[0011]从多电平逆变器空间电压矢量中选取共模电压为零的矢量作为候选矢量，并按照双矢量原则重新划分，建立新的空间矢量图；
[0012]构建不含有权重因子的价值函数；将所述候选矢量按照零矢量、小矢量、中矢量和大矢量进行分类，将每一个中矢量带入所述价值函数中，确定每一个中矢量对应的候选大扇区；
[0013]在每一个候选大扇区中确定出候选双矢量，基于减小开关损耗的原则，对双矢量进行排序；
[0014]确定所述双矢量的占空比以及每一个矢量对应的开关序列，从而实现对多电平逆变器的驱动控制。
[0015]作为进一步地方案，所述构建不含有权重因子的价值函数，具体包括：
[0016]根据当前时刻电网侧电压值和输出电流值，预测得到下一时刻的输出电压值，基于所述下一时刻的输出电压值经过坐标变换后的坐标值与候选矢量在空间矢量图中的坐标值，构建不含有权重因子的价值函数。
[0017]作为进一步地方案，在每一个候选大扇区中确定出候选双矢量，具体包括：
[0018]将每一个候选大扇区的矢量分别带入到所述价值函数中，确定出候选六边形扇区；
[0019]将候选六边形扇区中的相邻矢量两两相加，确定出候选菱形扇区，每一个菱形扇区对应的两个矢量作为候选双矢量。
[0020]作为进一步地方案，基于减小开关损耗的原则，对双矢量进行排序；具体包括：
[0021]所述双矢量能够形成三段式序列；
[0022]若双矢量中包含一个小矢量，则以小矢量作为三段式序列的开头和结尾；
[0023]若双矢量中包含一个中矢量，则以中矢量作为三段式序列的开头和结尾；
[0024]若双矢量都是小矢量，则以所在大扇区的小矢量作为三段式序列的开头与结尾。
[0025]作为进一步地方案，确定所述双矢量中每一个矢量对应的开关序列，以控制中点电压的平衡与悬浮电容电压的平衡；具体包括：
[0026]分别建立中点电压平衡方程和悬浮电容电压平衡方程；
[0027]根据中点电压平衡方程或者悬浮电容电压平衡方程是否大于零，在设定的开关序列中选定其中一个开关序列。
[0028]作为进一步地方案，先控制悬浮电容电压达到平衡，然后再控制中点电位电压的平衡。
[0029]作为进一步地方案，确定所述双矢量的占空比，具体包括：
[0030]基于两个矢量的价值函数，确定两个矢量的占空比；所述价值函数与占空比成反比。
[0031]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0032]一种多电平逆变器多目标预测控制系统，包括：
[0033]空间矢量图构建模块，用于从多电平逆变器空间电压矢量中选取共模电压为零的矢量作为候选矢量，并按照双矢量原则重新划分，建立新的空间矢量图；
[0034]候选大扇区确定模块，用于构建不含有权重因子的价值函数；将所述候选矢量按照零矢量、小矢量、中矢量和大矢量进行分类，将每一个中矢量带入所述价值函数中，确定
每一个中矢量对应的候选大扇区；
[0035]候选双矢量确定模块，用于在每一个候选大扇区中确定出候选双矢量，基于减小开关损耗的原则，对双矢量进行排序；
[0036]多电平逆变器驱动控制模块，用于确定所述双矢量的占空比以及每一个矢量对应的开关序列，从而实现对多电平逆变器的驱动控制。
[0037]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0038]一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的多电平逆变器多目标预测控制方法。
[0039]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0040]一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的多电平逆变器多目标预测控制方法。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0042](1)本专利技术构建不含有权重因子的价值函数，在避免使用试探法选择权重因子的同时，提高了控制过程的快速性。基于MPC策略同时实现了输出电流的跟踪，扇区的划分与选择，占空比的估算等多目标预测控制，而无需分别建模与计算。
[0043](2)本专利技术在每个周期内选择两个矢量来合成参考电压，选择出的双矢量可以形成三段式序列，并且所有的三段式序列在每个周期内都实现了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电平逆变器多目标预测控制方法，其特征在于，包括：从多电平逆变器空间电压矢量中选取共模电压为零的矢量作为候选矢量，并按照双矢量原则重新划分，建立新的空间矢量图；构建不含有权重因子的价值函数；将所述候选矢量按照零矢量、小矢量、中矢量和大矢量进行分类，将每一个中矢量带入所述价值函数中，确定每一个中矢量对应的候选大扇区；在每一个候选大扇区中确定出候选双矢量，基于减小开关损耗的原则，对双矢量进行排序；确定所述双矢量的占空比以及每一个矢量对应的开关序列，从而实现对多电平逆变器的驱动控制。2.如权利要求1所述的一种多电平逆变器多目标预测控制方法，其特征在于，所述构建不含有权重因子的价值函数，具体包括：根据当前时刻电网侧电压值和输出电流值，预测得到下一时刻的输出电压值，基于所述下一时刻的输出电压值经过坐标变换后的坐标值与候选矢量在空间矢量图中的坐标值，构建不含有权重因子的价值函数。3.如权利要求1所述的一种多电平逆变器多目标预测控制方法，其特征在于，在每一个候选大扇区中确定出候选双矢量，具体包括：将每一个候选大扇区的矢量分别带入到所述价值函数中，确定出候选六边形扇区；将候选六边形扇区中的相邻矢量两两相加，确定出候选菱形扇区，每一个菱形扇区对应的两个矢量作为候选双矢量。4.如权利要求1所述的一种多电平逆变器多目标预测控制方法，其特征在于，基于减小开关损耗的原则，对双矢量进行排序；具体包括：所述双矢量能够形成三段式序列；若双矢量中包含一个小矢量，则以小矢量作为三段式序列的开头和结尾；若双矢量中包含一个中矢量，则以中矢量作为三段式序列的开头和结尾；若双矢量都是小矢量，则以所在大扇区的小矢量作为三段式序列的开头与结尾。5.如权利要求1所述的一种多电平逆变器多目标预测控制方法，其特征在于，确定所述双矢量中每一个矢量对应的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，刘畅，邢相洋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：