一种逆变器模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种逆变器模型预测控制方法，包括开关状态选择单元和模型预测控制建模单元及代价函数寻优单元；本发明专利技术在滚动优化过程中只计算选择后的开关状态对应的代价函数，并且代价函数结合了逆变器开关损耗和特定阶次输出电流含量等多个方面，相较于传统模型预测控制采用遍历寻优的方法得到最优的开关状态和代价函数只包含电流控制相比，本发明专利技术可以降低代价函数计算量，降低输出电流谐波含量和降低逆变器开关损耗等优点。降低逆变器开关损耗等优点。降低逆变器开关损耗等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种逆变器模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及自动控制
，具体涉及一种逆变器模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]模型预测控制对于复杂的系统具有良好的适用性，针对非线性系统，通过有限个开关状态与系统的动态模型相结合的方式，使非线性系统不必采用平均值的方法求解。在设计控制算法时，无需推导系统的传递函数，只需获得系统的预测模型，便足以实现对系统地控制。模型预测控制可以根据优化目标，设计包含多个约束条件的代价函数，实现多维度地控制。模型预测控制凭借着对复杂系统具备适应性和解决电力电子非线性问题等优点，逐渐被其运用在工业电力电子领域，但是随着控制精度的提高，该控制算法对控制芯片的要求也越来越高。
[0003]三相逆变器模型预测控制有限个开关状态对应的电压矢量如图4所示，共8种开关状态，7个不同的电压矢量，其中V0＝V7。传统模型预测控制采用遍历法在一个周期内计算所有开关状态对应的代价函数，并选择出使代价函数为最小值时的开关状态作用于逆变器，达到控制的目的。
[0004]随着电力电子设备逐渐趋向高频化，采样周期被压缩到更短的时间里，低廉的芯片由于计算能力有限，难以满足要求；高性能芯片，虽然可以解决这一问题，但与此同时带来成本的增加等问题。传统的模型预测控制需要计算所有开关矢量对应的代价函数，芯片计算负担较大，使得变换器的工作频率难以进一步的提升，甚至因为产生时延，影响控制效果。
[0005]现有技术公开了CN112383237A一种并网逆变器的模型预测控制方法，其能够根据具体工作需求，实施分配代价函数的各权重因子，使开关状态组合更加合理，但并从实质上未解决代价函数计算量过高的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述传统模型预测控制存在的问题，本专利技术提出一种逆变器模型预测控制方法，目的是解决传统模型预测控制采用遍历法寻优的方式带来的影响，降低代价函数计算量，降低输出电流谐波含量，提高逆变器输出波形质量，降低逆变器开关损耗，具体技术方案如下：
[0007]一种逆变器模型预测控制方法，所述逆变器模型预测控制方法为基于并网逆变器的减小代价函数计算量的模型预测控制，具体步骤如下：
[0008]S1、通过差分的方法建立并网逆变器电流的离散模型，将所述离散模型转换为静止坐标系下的模型；
[0009]S2、在k时刻采样获得网侧电流i
COM
(k)和网侧电压u
COM
(k)，并将其代入所述静止坐标系下的模型中，同时检测网侧电压u
COM
(k)相位，并与参考电流幅值相结合，根据电压环构建一个与网侧电压u
COM
(k)同相位的参考电流i
ref
(k)；
[0010]S3、判断k
‑
1时刻最优开关状态对应的电压矢量V
COMn
(k
‑
1)是否为零电压矢量并计算k
‑
1时刻对应电压矢量的预测电流值
[0011]S4、根据开关损耗项和特定阶次输出电流误差项设计代价函数，根据k+1时刻的预测电流值与参考电流i
ref
(k+1)计算得到代价函数g
n
，通过比较各代价函数得到最小的代价函数g
min
，进而获得使代价函数最小的最优开关函数S
i
，根据最优开关函数S
i
控制逆变器开关管的通断，使得k+1时刻网测电流与参考电流误差最小。
[0012]进一步的，所述S1的具体步骤如下：
[0013]通过差分的方法建立并网逆变器电流的离散模型：
[0014][0015]式中u
a
、u
b
、u
c
为网侧电压，i
a
、i
b
、i
c
为三相电流，L
a
、L
b
、L
c
为逆变器与电网相连接的滤波电感，R
g
为线路等效电阻，U
dc
为直流侧电压；
[0016]为了表达逆变器各个桥臂的开关状态引入开关函数S
i
：
[0017][0018]利用欧拉公式对所述开关函数S
i
进行离散化，得到并网逆变器的离散模型：
[0019][0020]式中v
a
、v
b
、v
c
为逆变器每一相桥臂输出电压，v
a
＝S
a
*U
dc
，v
b
＝S
b
*U
dc
，v
c
＝S
c
*U
dc
，T
s
为采样周期，因L
a
＝L
b
＝L
c
，故统一用L代替；
[0021]将所述离散模型转换为静止坐标系下的模型：
[0022][0023]式中为预测电流的电流矢量，i
COM
(k)为网侧矢量电流，u
COM
(k)为网侧电压矢量，v
COMj
(k)为逆变器桥臂输出电压矢量。
[0024]进一步的，所述S3的具体步骤如下：
[0025]若V
COMn
(k
‑
1)为非零电压矢量，则计算该电压矢量和靠近这一电压矢量的两个电压矢量V
COMx
(k)、V
COMy
(k)、V
COMz
(k)以及零电压矢量V
COM7
(k)(V
COM0
(k))对应k+1时刻的预测电流值和
[0026]若V
COMn
(k
‑
1)为零电压矢量V
COM7
(k
‑
1)(V
COM0
(k
‑
1))，则计算所有电压矢量对应的k+1时刻的预测电流值
[0027]进一步的，所述S4的具体步骤如下：
[0028]第k时刻的m阶次输出电流含量为：
[0029][0030]第k+1时刻的m阶次输出电流含量为：
[0031][0032]式中，I
m
为m次谐波幅值，N为一个采样周期的采样个数，为旋转因子，
[0033]第k时刻与第k+1时刻的m阶次输出电流含量作差可得：
[0034][0035]将与参考电流i
ref
(k+1)作差可得误差电流：
[0036][0037]式中，i
errα
(k+1)和i
errβ
(k+1)分别为误差电流的实部和虚部，i
refα
(k+1)和i
refβ
(k+1)分别为参考电流的实部和虚部，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆变器模型预测控制方法，其特征在于，所述逆变器模型预测控制方法为基于并网逆变器的减小代价函数计算量的模型预测控制，具体步骤如下：S1、通过差分的方法建立并网逆变器电流的离散模型，将所述离散模型转换为静止坐标系下的模型；S2、在k时刻采样获得网侧电流i
COM
(k)和网侧电压u
COM
(k)，并将其代入所述静止坐标系下的模型中，同时检测网侧电压u
COM
(k)相位，并与参考电流幅值相结合，根据电压环构建一个与网侧电压u
COM
(k)同相位的参考电流i
ref
(k)；S3、判断k
‑
1时刻最优开关状态对应的电压矢量V
COMn
(k
‑
1)是否为零电压矢量并计算k
‑
1时刻对应电压矢量的预测电流值S4、根据开关损耗项和特定阶次输出电流误差项设计代价函数，根据k+1时刻的预测电流值与参考电流i
ref
(k+1)计算得到代价函数g
n
，通过比较各代价函数得到最小的代价函数g
min
，进而获得使代价函数最小的最优开关函数S
i
，根据最优开关函数S
i
控制逆变器开关管的通断，使得k+1时刻网测电流与参考电流误差最小。2.根据权利要求1所述的一种逆变器模型预测控制方法，其特征在于，所述S1的具体步骤如下：通过差分的方法建立并网逆变器电流的离散模型：式中u
a
、u
b
、u
c
为网侧电压，i
a
、i
b
、i
c
为三相电流，L
a
、L
b
、L
c
为逆变器与电网相连接的滤波电感，R
g
为线路等效电阻，U
dc
为直流侧电压；为了表达逆变器各个桥臂的开关状态引入开关函数S
i
：利用欧拉公式对所述开关函数S
i
进行离散化，得到并网逆变器的离散模型：式中v
a
、v
b
、v
c
为逆变器每一相桥臂输出电压，v
a
＝S
a
*U
dc
，v
b
＝S
b
*U
dc
，v
c
＝S
c
*U
dc
，T
s
为采样周期，因L
a
＝L
b
＝L
c
，故统一用L代替；将所述离散模型转换为静止坐标系下的模型：
式...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑜兴，彭子舜，赵振兴，廖石波，朱勇，
申请(专利权)人：深圳市京泉华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：