本发明专利技术提出了离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，可有效降低系统成本，减小共模电压，减少电流纹波。具体包括：采样电网侧电压和逆变器侧输出电流，基于电流预测模型和无差拍控制，预测出下一时刻电压值；基于预测的电压值判断所处扇区并做扇区转换，所得转换结果作为参考电压矢量；基于离散空间矢量调制合成虚拟矢量，以距参考电压矢量最近的三个虚拟矢量作为候选矢量，最优矢量由电流追踪价值函数判断；经由中点平衡价值函数选择最优小矢量和作用时间，基于伏秒平衡原理，获得最优矢量序列和作用时间，等效合成最优虚拟矢量；基于上述最优矢量序列和作用时间，以及扇区编号，获得变流器辅助桥臂和三相半桥结构的开关脉冲序列和作用时间。的开关脉冲序列和作用时间。的开关脉冲序列和作用时间。
【技术实现步骤摘要】
离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法
[0001]本专利技术属于三电平八开关变流器
，尤其涉及离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模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]三相多电平变流器在工业上广泛应用于中高压发电和电力传动等领域。最成熟的多电平拓扑是三电平中性点箝位变流器，使用12个有源功率开关， 6个二极管作为辅助设备。进一步地，T型三电平逆变器采用反并联有源开关，进一步节省了6个箝位二极管，并广泛应用于光伏发电。
[0004]目前的具有低共模电压的三电平八开关变流器系统，为了进一步降低成本，仅采用8个有源开关和2个箝位二极管来实现三电平输出，同时因减小共模电压而具有较高的可靠性。然而，由于中矢量的缺失和高共模矢量的剔除，只有13个电压矢量可用，这导致了输出电流纹波大。而三电平逆变器固有的中点电压振荡，也会增加设备上的电压应力并增大输出电流中的纹波。
[0005]然而，传统的调制算法很难直接应用于三电平八开关变流器系统，因为与传统三电平变流器不同，八开关变流器的部分开关管是三相耦合的，导致三相电压在同一时刻只会出现两种电平，中矢量缺失。
技术实现思路
[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，可以降低系统成本，有效实现共模电压的减小、中点电位平衡的控制、开关频率的固定、快速的动态响应和低电流纹波，明显改善系统性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，包括：
[0009]采样电网侧电压和逆变器侧三相输出电流，基于电流预测模型和无差拍控制，预测出下一时刻的电压值；
[0010]基于预测的电压值判断所处扇区并做扇区转换，所得转换结果作为参考电压矢量；
[0011]基于离散空间矢量调制合成虚拟矢量，以距参考电压矢量最近的三个虚拟矢量作为候选矢量，经由电流追踪价值函数选择最优虚拟矢量；
[0012]经由中点平衡价值函数选择最优小矢量及其作用时间，基于伏秒平衡原理，获得低共模矢量序列和作用时间，以等效合成最优虚拟矢量；
[0013]基于上述最优矢量序列和作用时间，以及扇区编号，获得变流器辅助桥臂和三相半桥结构的开关脉冲序列和作用时间。
[0014]作为进一步的技术方案，所述电流预测模型为：
[0015][0016]其中，e
x
为电网电压，u
x
为逆变器的输出电压，i
x
为三相输出电流，L和 R为滤波电感和电阻。
[0017]作为进一步的技术方案，电网侧的采样电压和逆变器侧的采样电流经坐标变换：
[0018][0019]得到60度坐标系下的采样值e
α
(k)，e
β
(k)，i
g
(k)，i
h
(k)，并经拉格朗日外推法，得到电流值
[0020]作为进一步的技术方案，根据无差拍控制，离散化电流预测模型公式，得到使电流误差在下一时刻为零的电压值V
g
(k+1)和V
h
(k+1)：
[0021][0022]RL滤波电路，R是滤波电阻值，L是滤波电感值，T
s
是采样时间，
[0023]作为进一步的技术方案，所述逆变器的空间矢量图被分为六个扇区，每个扇区占60度，参考电压所在扇区S经由V
g
(k+1)和V
h
(k+1)的正负号判断得到。
[0024]作为进一步的技术方案，通过扇区转换将参考电压都旋转到扇区I，以简化计算，转换所得结果作为参考电压矢量V
ref
。
[0025]作为进一步的技术方案，基于离散空间矢量调制，将采样周期T
s
分割为N个相等的间隔，并用多个电压矢量填充预设的时间间隔来合成虚拟电压矢量，用公式表示为：
[0026][0027][0028]其中，其中t
j
是实际电压矢量V
j
的作用时间，是预设间隔的整数倍。本方法中虚拟矢量以三角形顶点的形式均匀分布，共有(N+1)(N+2)/2 个虚拟矢量。
[0029]作为进一步地方案，参考电压矢量的坐标除以V
dc
/2归一化，再乘以N，即：
[0030][0031]然后将参考电压矢量的坐标向下取整，并分别表示为h1,h2和h3：
[0032][0033]当h1+h2的值等于h3时，参考电压矢量落在下三角形中，候选向量为V1(h1+1,h2),V2(h1,h2+1),V3(h1,h2)；当h1+h2的值等于h3+1时，参考电压矢量落在上三角形中，候选向量为V1(h1+1,h2),V2(h1,h2+1),V3(h1+1,h2+1)。
[0034]作为进一步地方案，以三个候选矢量作为变量，经由电流追踪价值函数选择最优虚拟矢量V
opt
，表示为：
[0035][0036][0037]作为进一步地方案，根据中点电位确定辅助桥臂的开关脉冲序列及作用时间；根据中点电位和扇区确定三相半桥结构的开关脉冲序列及作用时间。
[0038]第二方面，公开了离散空间矢量调制的低共模预测控制系统，包括：
[0039]数据预测模块，被配置为：采样电网侧电压和逆变器侧三相输出电流，基于电流预测模型和无差拍控制，预测出下一时刻的电压值；
[0040]转换模块，被配置为：基于预测的电压值判断所处扇区并做扇区转换，所得转换结果作为参考电压矢量；
[0041]候选矢量模块，被配置为：基于离散空间矢量调制合成虚拟矢量，以距参考电压矢量最近的三个虚拟矢量作为候选矢量，经由电流追踪价值函数选择最优虚拟矢量；
[0042]最优虚拟矢量模块，被配置为：经由中点平衡价值函数选择最优小矢量及其作用时间，基于伏秒平衡原理，获得最优矢量序列和作用时间，以等效合成最优虚拟矢量；
[0043]控制模块，被配置为：基于上述最优矢量序列和作用时间，以及扇区编号，获得变流器辅助桥臂和三相半桥结构的开关脉冲序列和作用时间。
[0044]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0045]本专利技术使用离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，减小共模电压，提高系统稳定性；引入虚拟矢量的概念，用多矢量拟合预测的参考电压，减小电流纹波，提高输出电流的电能质量；采用价值函数选择最优的小矢量及其作用时间，实现中点电位平衡；巧妙设计开关序列，实现固定开关频率，有利于电流谐波的高效滤除；60度坐标系下的分层算法以简洁的代数运算实现滚动优化，避免了复杂的三角函数计算，大大减小了计算压力。
[0046]本专利技术方法相较于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，其特征是，适用于三电平八开关变流器，包括：采样电网侧电压和逆变器侧三相输出电流，基于电流预测模型和无差拍控制，预测出下一时刻的电压值；基于预测的电压值判断所处扇区并做扇区转换，所得转换结果作为参考电压矢量；基于离散空间矢量调制合成虚拟矢量，以距参考电压矢量最近的三个虚拟矢量作为候选矢量，经由电流追踪价值函数选择最优虚拟矢量；经由中点平衡价值函数选择最优小矢量及其作用时间，基于伏秒平衡原理，获得低共模矢量序列和作用时间，以等效合成最优虚拟矢量；基于上述最优矢量序列和作用时间，以及扇区编号，获得变流器辅助桥臂和三相半桥结构的开关脉冲序列和作用时间。2.如权利要求1所述的离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，其特征是，所述电流预测模型为：其中，e
x
为电网电压，u
x
为逆变器的输出电压，i
x
为三相输出电流，L和R为滤波电感和电阻。3.如权利要求1所述的离散空间矢量调制的低共模模型预测控制方法，其特征是，电网侧的采样电压和逆变器侧的采样电流经坐标变换：得到60度坐标系下的采样值e
α
(k)，e
β
(k)，i
g
(k)，i
h
(k)，并经拉格朗日外推法，得到电流值4.如权利要求1所述的离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，其特征是，根据无差拍控制，离散化电流预测模型公式，得到使电流误差在下一时刻为零的电压值V
g
(k+1)和V
h
(k+1)：RL滤波电路，R是滤波电阻值，L是滤波电感值，T
s
是采样时间。5.如权利要求1所述的离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，其特征是，所述逆变器的空间矢量图被分为六个扇区，每个扇区占60度，参考电压所在扇区S经由V
g
(k+1)和V
h
(k+1)的正负号判断得到。6.如权利要求1所述的离散空间矢量调制的三电平逆变器低共模预测控制方法，其特征是，通过扇区转换将参考电压都旋转到扇区I，以简化计算，转换所得结果作为参考电压矢量V
ref
；基于离散空间矢量调制，...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢相洋，景萌萌，温创平，张承慧，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。