一种电源变换装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电源变换装置及控制方法，装置包括：主电路、控制电路和检测电路；方法包括如下步骤：构造输出电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)；构造电感电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电感电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的电感电流I

【技术实现步骤摘要】
一种电源变换装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及三相电源控制
，尤其是一种电源变换装置及控制方法。

技术介绍

[0002]准Z源二端口网络集成于直流模块与逆变电源之间，构成准Z源逆变电源，将传统DC/DC与DC/AC模块集成为既能升压和降压，又能逆变并网的逆变电源，有效提高逆变电源的效率。但三相三电平准Z源网络电容电压和电感电流受负载波动影响较为明显，因此展开对三相三电平准准Z源逆变电源控制方法的研究有着重要意义。
[0003]目前应用于三相三电平准Z源逆变电源的控制方法有：PI控制、滑模控制、神经网络控制、模糊控制以及模型预测控制，传统的PI控制实现简单，但是在控制器参数的设计中，无法同时保证系统的动态响应速度与稳定性；滑模控制同样易于实现，对于系统参数的变化并不敏感，但其抖振问题的存在会造成开关频率改变。模糊控制与神经网络控制虽然能够提高三相三电平准Z源逆变电源的动态响应，但控制器的设计过程繁琐复杂，不易于实现。
[0004]模型预测控制(MPC)能够实现单回路控制多个变量，同时将电容电压，电感电流，以及输出电流控制在设定值。模型预测控制通过构建三相三电平准Z源逆变电源的离散时间模型，以预测每种开关状态下的下一时刻电容电压、电感电流、以及输出电流，并通过所设计的代价函数来选取下一时刻最优开关状态，实现单回路控制多个变量，输出动态响应快，避免传统复杂的调制过程。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种电源变换装置及控制方法，避免传统的调制过程，将多个目标变量约束在同一个代价函数中，降低计算的复杂度，提高动态响应速度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电源变换装置，包括：主电路、控制电路和检测电路；控制电路输出脉冲驱动主电路的NPC逆变桥，使主电路将直流电变为交流电；检测电路感测主电路的电压、电流状态，并将其值传给控制电路；
[0007]主电路包括输入电压源V
in
、准Z源三相三电平逆变电源、三相负载电阻R与电感L；输入电压源V
in
与准Z源三相三电平逆变电源的输入端连接，准Z源三相三电平逆变电源输入端与三相负载电阻R与电感L连接；
[0008]控制电路包括第一输入端口、第二输入端口、第三输出端口；第一输入端口接收传感器检测的准Z源网络电感电流值、电容电压值；第二输入端口接收传感器检测的负载电流值、负载电压值；第三输出端口输出调制脉冲，驱动逆变桥；
[0009]检测电路包括直流侧准Z源网络电感电流检测电路、直流侧准Z源网络电容电压检测电路和交流侧输出电流检测电路；直流侧准Z源网络电感电流检测电路输入端与准Z源网络的第一电感L1连接，准Z源网络电容电压检测电路输入端与准Z源网络的第二电容C2连接，
交流侧输出电流检测电路输出端与准Z源三相三电平逆变电源输出端连接。
[0010]优选的，准Z源三相三电平逆变电源包括准Z源网络和NPC逆变桥；一个二端口网络包括两个对称准Z源网络，两个对称准Z源网络构成镜像电路，二端口网络的一端口接输入直流电压的正负极，另一端口接NPC逆变桥的直流母线的正负极；
[0011]其中准Z源网络包括电源、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2；其中第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1构成一准Z源网络，第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4和第二二极管D2构成另一准Z源网络，两准Z源网络结构对称，参数一致。
[0012]相应的，一种电源变换装置的控制方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1：构造输出电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)；
[0014]步骤2：构造电感电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电感电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的电感电流I
L1
(K+1)；
[0015]步骤3：构造电容电压预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电容电压的离散时间模型推导得到K+1时刻的电容电压V
C2
(K+1)；
[0016]步骤4：基于步骤1、步骤2、步骤3中得到的输出电流I(K+1)、电感电流I
L1
(K+1)、电容电压V
C2
(K+1)，构建代价函数g(k+1)并将其最小化。
[0017]优选的，步骤1中，构造输出电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)具体为：基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)，具体公式如下：
[0018][0019]其中，T
s
为采样周期，R与L为三相负载，i(k)为K时刻的输出电流，v(K+1)为K+1时刻的输出电压。
[0020]优选的，步骤2中，构造电感电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电感电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的电感电流I
L1
(K+1)具体为：基于当前时刻K的准Z源网络电感电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的电感电流I
L1
(K+1)，具体公式如下；
[0021][0022]式中I
L1
(k)为K时刻准Z源网络电感L1的电流，V
L1
(k)为k时刻准Z源网络电感L1的电压；
[0023]V
L1
在准Z源网络为直通状态下时，具体公式如下：
[0024][0025]式中V
in
为电源电压，V
C1
为准Z源网络电容C1的电压，V
C4
为准Z源网络电容C4的电压；
[0026]V
L1
在准Z源网络为非直通状态下时，具体公式如下：
[0027][0028]式中V
in
为电源电压，V
C2
为准Z源网络电容C2的电压，V
C3
为准Z源网络电容C3的电压。
[0029]优选的，步骤3中，构造电容电压预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电容电压的离散时间模型推导得到K+1时刻的电容电压V
C2
(K+1)具体为：基于当前时刻K的准Z源网络电容电压的离散时间模型推导得到K+1时刻的电容电压V
C2
(K+1)，具体公式如下：
[0030][0031]式中V
C2
(k)为K时刻准Z源网络电容C2的电压，I
C2
(k)为准Z源网络电容C2的电流；
[0032]I
C2
(k)在准Z源网络为直通状态下时，具体公式如下：
[0033]i
C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电源变换装置，其特征在于，包括：主电路、控制电路和检测电路；控制电路输出脉冲驱动主电路的NPC逆变桥，使主电路将直流电变为交流电；检测电路感测主电路的电压、电流状态，并将其值传给控制电路；主电路包括输入电压源V
in
、准Z源三相三电平逆变电源、三相负载电阻R与电感L；输入电压源V
in
与准Z源三相三电平逆变电源的输入端连接，准Z源三相三电平逆变电源输入端与三相负载电阻R与电感L连接；控制电路包括第一输入端口、第二输入端口、第三输出端口；第一输入端口接收传感器检测的准Z源网络电感电流值、电容电压值；第二输入端口接收传感器检测的负载电流值、负载电压值；第三输出端口输出调制脉冲，驱动逆变桥；检测电路包括直流侧准Z源网络电感电流检测电路、直流侧准Z源网络电容电压检测电路和交流侧输出电流检测电路；直流侧准Z源网络电感电流检测电路输入端与准Z源网络的第一电感L1连接，准Z源网络电容电压检测电路输入端与准Z源网络的第二电容C2连接，交流侧输出电流检测电路输出端与准Z源三相三电平逆变电源输出端连接。2.如权利要求1所述的电源变换装置，其特征在于，准Z源三相三电平逆变电源包括准Z源网络和NPC逆变桥；一个二端口网络包括两个对称准Z源网络，两个对称准Z源网络构成镜像电路，二端口网络的一端口接输入直流电压的正负极，另一端口接NPC逆变桥的直流母线的正负极；其中准Z源网络包括电源、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2；其中第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1构成一准Z源网络，第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4和第二二极管D2构成另一准Z源网络，两准Z源网络结构对称，参数一致。3.一种如权利要求1所述的电源变换装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构造输出电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)；步骤2：构造电感电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电感电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的电感电流I
L1
(K+1)；步骤3：构造电容电压预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电容电压的离散时间模型推导得到K+1时刻的电容电压V
C2
(K+1)；步骤4：基于步骤1、步骤2、步骤3中得到的输出电流I(K+1)、电感电流I
L1
(K+1)、电容电压V
C2
(K+1)，构建代价函数g(k+1)并将其最小化。4.如权利要求3所述的电源变换装置的控制方法，其特征在于，步骤1中，构造输出电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)具体为：基于当前时刻K的准Z源三相三电平逆变电源输出电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的输出电流I(K+1)，具体公式如下：其中，T
s
为采样周期，R与L为三相负载，i(k)为K时刻的输出电流，v(K+1)为K+1时刻的输
出电压。5.如权利要求3所述的电源变换装置的控制方法，其特征在于，步骤2中，构造电感电流预测模型，基于当前时刻K的准Z源网络电感电流的离散时间模型推导得到K+1时刻的电感电流I
L1
(K+1)具体为：基于当前时刻K的准Z源网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辑，杨艳，林友敬，宋增，钟黎萍，胡松，黄欢，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：