一种用于三电平变换器的预测控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于三电平变换器的预测控制方法，包括：基于三电平变换器的输出电流的无差拍预测得到参考矢量，并利用参考矢量与输出矢量的欧式距离，建立目标价值函数；计算与参考矢量相关的基本矢量，构成简化控制集；根据简化控制集中的每个基本矢量与其对应的死区电压矢量之间的相对位置关系，获得每个基本矢量对应的优化虚拟矢量和优化死区时间；根据每个基本矢量及其对应的优化虚拟矢量，利用目标价值函数，得到最优虚拟矢量，从而利用最优虚拟矢量对应的优化死区时间对三电平变换器进行控制。本发明专利技术减少传统FCS

【技术实现步骤摘要】
一种用于三电平变换器的预测控制方法及控制系统


[0001]本专利技术涉及三电平变换器控制
，尤其是涉及一种用于三电平变换器的预测控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]随着软硬件技术的不断发展，更多的控制策略在电力电子变换器上得到了应用。模型预测控制在近年来成为了一个研究热点。其中，有限集模型预测控制(Finite
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Control
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Set Model Predictive Control,FCS
‑
MPC)因其具有简单的控制结构和良好的控制性能而备受关注，并成为了一种有效的电力电子变换器的控制方案。
[0003]在电子电力变换器运行过程中，为保证顺利完成开关状态切换，需要在切换过程中加入死区控制过程。但是，死区降低了模型的精确性，增加了变换器输出电压和电流的失真和纹波，影响控制性能。为此，FCS
‑
MPC在变换器中应用时需要考虑死区问题。
[0004]现有的FCS
‑
MPC控制策略大多采用两种方法，一是补偿或者消除来减小死区的影响，二将死区过程的输出视为死区电压矢量，利用“变死区时间”进行双矢量控制。但是以上方法在三电平变换器中应用时，在最优基本矢量及对应的死区电压矢量合成得到的虚拟矢量时，所得到的虚拟矢量可能并非是最优解。另外，三电平变换器中存在27个基本矢量，若逐一优化死区时间，需要进行27次迭代，导致计算量繁重。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，需要提供一种减少传统FCS
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MPC模型预测方法的计算量、并简化控制集、减少输出电流脉动和降低电流总谐波失真的新方法，以对三电平变换器进行控制，从而提高变化传统预测模型的控制性能。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种用于三电平变换器的预测控制方法，包括：基于三电平变换器的输出电流的无差拍预测得到参考矢量，并利用参考矢量与输出矢量的欧式距离，建立目标价值函数；计算与所述参考矢量相关的基本矢量，构成简化控制集；根据所述简化控制集中的每个基本矢量与其对应的死区电压矢量之间的相对位置关系，获得每个基本矢量对应的优化虚拟矢量和优化死区时间；根据所述每个基本矢量及其对应的优化虚拟矢量，利用所述目标价值函数，得到最优虚拟矢量，从而利用所述最优虚拟矢量对应的优化死区时间对所述三电平变换器进行控制。
[0007]优选地，在所述目标价值函数构建过程中，包括：获得传统FCS
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MPC策略的价值函数，记为原有价值函数；将所述参考矢量与输出矢量的欧式距离等价于所述原有价值函数中的输出电流预测与给定电流的偏差项式，形成所述目标价值函数。
[0008]优选地，在计算与所述参考矢量相关的基本矢量，构成简化控制集的步骤中，包括：选取空间矢量平面中与所述参考矢量的欧氏距离最近的三个矢量，并确定三个最近矢量的冗余矢量，形成由若干个与所述参考矢量相关的基本矢量而构成的所述简化控制集，其中，所述简化控制集中的基本矢量的数量至多为5。
[0009]优选地，将所述三个最近矢量进行排序；根据最大最近矢量与最小最近矢量的差值，将所述三个最近矢量转换为基本矢量以形成第一类基本矢量，同时获得所述三个最近矢量的若干个冗余矢量，以将所述若干个冗余矢量作为第二类基本矢量；根据所述第一类基本矢量和所述第二类基本矢量，生成所述简化控制集。
[0010]优选地，在根据所述简化控制集中的每个基本矢量与其对应的死区电压矢量之间的相对位置关系，获得每个基本矢量对应的优化虚拟矢量和优化死区时间的步骤中，包括：判断是否存在死区过程；将每个存在死区过程的基本矢量与对应的死区电压矢量进行合成，对应得到与所述参考矢量的欧氏距离最小的优化虚拟矢量，进一步得到每个优化虚拟矢量的优化死区时间；将不存在死区过程的基本矢量直接作为其对应的优化虚拟矢量，并将不存在死区过程的基本矢量的优化死区时间设置为零。
[0011]优选地，将所述每个基本矢量与其对应的死区电压矢量进行对比，根据对比结果计算当前基本矢量对应的所述优化虚拟矢量和所述优化死区时间，其中，若相同，则将当前基本矢量直接作为其对应的优化虚拟矢量，并将当前基本矢量和对应死区电压矢量的作用时间的最小值作为对应的所述优化死区时间。
[0012]优选地，若不同，按照如下表格对当前基本矢量对应的所述优化虚拟矢量和优化死区时间进行解析：
[0013][0014][0015]其中，i表示存在死区过程的基本矢量的序号，r
i
表示第i个基本矢量的终点与第i个基本矢量的死区电压矢量的终点之间的距离，l
i
表示第i个基本矢量的终点与第i个基本矢量的死区电压矢量的终点之间的连线或延长线上的投影、跟第i个基本矢量的死区电压矢量的终点之间的距离，t
min
表示第i个基本矢量的终点和第i个基本矢量的死区电压矢量的作用时间的最小值，T
s
表示单位控制周期，v
i
表示第i个基本矢量,v
id
第i个基本矢量的死区电压矢量。
[0016]优选地，在根据所述每个基本矢量及其对应的优化虚拟矢量，利用所述目标价值函数，得到最优虚拟矢量的步骤中，包括：将每个基本矢量对应的所述优化虚拟矢量代入到所述目标函数中的欧式距离项式，并将每个基本矢量及其对应的死区电压矢量和优化死区时间代入到所述目标价值函数中的直流侧电容电压平衡控制项式，计算每个基本矢量的目标评价值；选取最优虚拟矢量及对应的最优死区时间。
[0017]优选地，所述三个最近矢量为所述参考矢量所在的三角形的顶点对应的三个矢量，其中，当所述参考矢量在控制区之外时，将所述参考矢量转化为相同相角并处于六边形边界的矢量。
[0018]另一方面，本专利技术实施例还提供了一种用于三电平变换器的控制系统，所述系统包括：三电平变换器；和与所述三电平变换器的主电路连接的处理器，其中，所述处理器用于实现如上述所述的预测控制方法，以对所述三电平变换器进行控制。
[0019]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0020]本专利技术提出了一种用于三电平变换器的预测控制方法及控制系统。该方法及系统所采用的控制策略具有如下优点或有益效果：
[0021](1)优化价值函数，有效降低迭代计算量：采用基本矢量和参考矢量之间的欧氏距离取代传统价值函数中电流预测偏差值，从而避免了复杂的电流预测模型计算；
[0022](2)简化控制集，显著缩小寻优空间：根据无差拍预测电流得到参考矢量，并提出了一种通用的代数方法得到参考矢量的最近三个基本矢量及其冗余矢量，以此构建简化控制集；
[0023](3)考虑死区效应，构建虚拟矢量控制集：逐一分析简化控制集中基本矢量对应的死区电压矢量；并优化死区时间，两者合成得到与参考矢量欧氏距离最小的虚拟矢量，从而构建虚拟矢量控制集；
[0024](4)实现双矢量控制，提高控制性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于三电平变换器的预测控制方法，其特征在于，包括：基于三电平变换器的输出电流的无差拍预测得到参考矢量，并利用参考矢量与输出矢量的欧式距离，建立目标价值函数；计算与所述参考矢量相关的基本矢量，构成简化控制集；根据所述简化控制集中的每个基本矢量与其对应的死区电压矢量之间的相对位置关系，获得每个基本矢量对应的优化虚拟矢量和优化死区时间；根据所述每个基本矢量及其对应的优化虚拟矢量，利用所述目标价值函数，得到最优虚拟矢量，从而利用所述最优虚拟矢量对应的优化死区时间对所述三电平变换器进行控制。2.根据权利要求1所述的预测控制方法，其特征在于，在所述目标价值函数构建过程中，包括：获得传统FCS
‑
MPC策略的价值函数，记为原有价值函数；将所述参考矢量与输出矢量的欧式距离等价于所述原有价值函数中的输出电流预测与给定电流的偏差项式，形成所述目标价值函数。3.根据权利要求1或2所述的预测控制方法，其特征在于，在计算与所述参考矢量相关的基本矢量，构成简化控制集的步骤中，包括：选取空间矢量平面中与所述参考矢量的欧氏距离最近的三个矢量，并确定三个最近矢量的冗余矢量，形成由若干个与所述参考矢量相关的基本矢量而构成的所述简化控制集，其中，所述简化控制集中的基本矢量的数量至多为5。4.根据权利要求3所述的预测控制方法，其特征在于，将所述三个最近矢量进行排序；根据最大最近矢量与最小最近矢量的差值，将所述三个最近矢量转换为基本矢量以形成第一类基本矢量，同时获得所述三个最近矢量的若干个冗余矢量，以将所述若干个冗余矢量作为第二类基本矢量；根据所述第一类基本矢量和所述第二类基本矢量，生成所述简化控制集。5.根据权利要求1～4中任一项所述的预测控制方法，其特征在于，在根据所述简化控制集中的每个基本矢量与其对应的死区电压矢量之间的相对位置关系，获得每个基本矢量对应的优化虚拟矢量和优化死区时间的步骤中，包括：判断是否存在死区过程；将每个存在死区过程的基本矢量与对应的死区电压矢量进行合成，对应得到与所述参考矢量的欧氏距离最小的优化虚拟矢量，进一步得到每个优化虚拟矢量的优化死区时间；将不存在死区过程的基本矢量直接作为其对应的优化虚拟矢量，并将不存在死区过程的基本矢量的优化死区时间设置为零。6.根据权利要求5所述的预测控制方法，其特征在于，将所述每个基本矢量与其对应的死区电压矢量进行对比，根据对比结果计算当前基本矢量对应的所述优化虚拟矢量和所述优化死区时间，其中，若相同，则将当前基本矢量直接作为其对应的优化虚拟矢量，并将当前基本矢量和对应死区电压矢量的作用时间的最小值作为对应的所述优化死区时间。7.根据权利要求6所述的预测控制方法，其特征在于，若不同，按照如下表格对当前基
本矢量对应的所述优化虚拟矢量和优化死区时间进行解析：条件优化虚拟矢量v
io
优化死区时间t
id
l
i
/r
i
≤t
min
/T
s
t

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，黄玉英，董密，周汉斌，宋冬然，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：