一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法，包括以下步骤：通过改进滑模控制方法计算出电感电流参考值i

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及PWM逆变
，具体涉及一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的迅猛发展，大型充电桩实现了大规模的发展及应用，同时各种大型储能装置也发展迅猛，其中逆变器是必不可少的一个环节。传统的逆变器需要在前端加入DC
‑
DC环节才能满足并网的要求，这样做使得效率降低、损耗增大，而且控制需要加入死区环节，安全性降低，电能质量较低，对电网不利。准Z源逆变器可以较好的解决上述问题。
[0003]准Z源逆变器的控制策略有多种，但其中广为应用且控制效果较好的是模型预测控制策略，模型预测控制策略是一种非线性的控制策略，该策略根据预测值通过代价函数确定控制量，然后对准Z源逆变器进行控制，实现跟踪给定值的控制效果。传统的准Z源逆变器模型预测控制策略中的代价函数需要两个权重因子，这使得权重因子的设计成为困难，而且控制效果也易受到权重因子的影响，电容电压和电感电流的纹波也很大，并网电流谐波含量高，电流质量较低，在应用中很受到限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法。该方法首先结合改进滑模控制器，提高准Z源逆变器动态响应；然后利用改进滑模控制方法同时控制电容电压和电感电流，这样使得不需要在代价函数里添加权重因子，避免了权重因子的影响，同时对电感电流进行无差拍控制使得电感电流纹波大大减小，而且在一个控制周期用多个有效矢量，使得谐波含量降低，电能质量得到很大提高，实现利用一种简单且高效的扇区挑选方法大大减小了计算量。
[0005]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0006]一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法，所述模型预测控制方法包括以下步骤：
[0007]S1、以一定的时间间隔分别采集直流侧的电压V
dc
，直流侧的两个电容C1和C2的电压V
C1
(k)、V
C2
(k)，电感电流i
L1
(k)，交流侧电压e
a
(k)、e
b
(k)、e
c
(k)和电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)，并通过改进滑模控制计算出电感电流参考值i
L1ref
(k)；
[0008]S2、根据无差拍控制方法计算出直通矢量的作用时间t
d
；
[0009]S3、根据最优虚拟开关矢量的角度和电网电压矢量所在扇区来判断最优虚拟开关矢量所在的最优扇区，用该最优扇区的三个矢量合成最优虚拟开关矢量从而得到每个矢量的作用时间；
[0010]S4、根据找出的最优开关矢量序列及对应的作用时间对准Z源逆变器的各个开关器件进行控制。
[0011]进一步地，所述步骤S1中，为了同时控制电感电流和电容电压，通过改进滑模控制
计算出电感电流参考值，这样使得电感电流跟踪到其参考值的同时电容电压也跟踪到其参考值，其中，电感电流参考值计算如下：
[0012][0013]式中，e(k)＝V
C1ref
‑
V
C1
(k)，e(k
‑
1)＝V
C1ref
‑
V
C1
(k
‑
1)，A是滑模系数，C是电容C1和C2的电容值，电容C1和C2的电容值相等，D是直通矢量平均占空比，V
C1ref
是电容C1电压的参考值，V
C1
(k)是k时刻电容C1的电压，V
C1
(k
‑
1)是k
‑
1时刻电容C1的电压，P
ref
是有功功率参考值，r
s
＝r1/T
s
，r1、r2是让电容电压准确跟踪上其参考值的第一和第二校正系数，T
s
是采样周期，y2(k
‑
1)＝r2(V
C1ref
‑
V
C1
(k
‑
1))t，t是时间点。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，为了能够使得电感电流跟踪到其参考值同时电感电流纹波较小，利用无差拍控制方法计算出直通矢量占空比，进而达到控制效果，直通矢量占空比d的计算过程如下：
[0015][0016]式中，d是直通矢量占空比，i
L1ref
(k)是电感电流参考值，i
L1
(k)是电感电流，l
nst
是不直通时的电感电流的变化率，l
st
是直通时的电感电流的变化率；
[0017]然后计算出直通矢量的作用时间t
d
＝d
·
T
s
，T
s
是采样周期。
[0018]进一步地，直流侧通过直通矢量达到了控制效果，交流测需要用最优虚拟开关矢量的角度和电网电压矢量所在扇区来判断最优虚拟开关矢量所在的最优扇区，进而算得最优扇区的三个矢量的作用时间如下：
[0019][0020][0021]t3＝T
s1
‑
t1‑
t2[0022]式中，t1、t2、t3分别为三个矢量的作用时间，Q1′
、Q2′
、Q3′
分别为三个矢量的无功功率的变化率，P1′
、P2′
、P3′
分别为三个矢量的有功功率的变化率，ΔP＝P
ref
‑
P(k)、ΔQ＝Q
ref
‑
Q(k)，T
s1
＝(1
‑
d)T
s
，P(k)、Q(k)分别是有功功率和无功功率k时刻的实际值，T
s1
是不直通的时间，T
s
是采样时间，P
ref
、Q
ref
分别是有功功率和无功功率的参考值。
[0023]最优虚拟开关矢量角度的正切值如下：
[0024][0025]式中，θ
u
是最优虚拟开关矢量的角度，θ
e
、θ分别是电网电压矢量角度和电网电压矢量和最优优虚拟开关矢量的夹角。
[0026]进一步地，根据上式计算的值快速确定最优虚拟开关矢量所在的最优扇区，进而选定最优开关矢量序列及作用时间，然后对准Z源逆变器进行控制进而实现准Z源逆变器的功能。
[0027]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0028](1)本专利技术在一个控制周期内用多个有效矢量，使得最优虚拟开关矢量更加接近实际情况，进而谐波含量降低，电能质量得到很大提高，同时提出了一种简单且高效的扇区挑选方法，不需要逐次寻优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法，其特征在于，所述模型预测控制方法包括以下步骤：S1、以一定的时间间隔分别采集直流侧的电压V
dc
，直流侧的两个电容C1和C2的电压V
C1
(k)、V
C2
(k)，电感电流i
L1
(k)，交流侧电压e
a
(k)、e
b
(k)、e
c
(k)和电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)，并通过改进滑模控制计算出电感电流参考值i
L1ref
(k)；S2、根据无差拍控制方法计算出直通矢量的作用时间t
d
；S3、根据最优虚拟开关矢量的角度和电网电压矢量所在扇区来判断最优虚拟开关矢量所在的最优扇区，用该最优扇区的三个矢量合成最优虚拟开关矢量从而得到每个矢量的作用时间；S4、根据找出的最优开关矢量序列及对应的作用时间对准Z源逆变器的各个开关器件进行控制。2.根据权利要求1所述的一种低复杂度的准Z源逆变器多矢量模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过改进滑模控制计算出电感电流参考值i
L1ref
(k)，其中，电感电流参考值i
L1ref
(k)计算如下：式中，e(k)＝V
C1ref
‑
V
C1
(k)，e(k
‑
1)＝V
C1ref
‑
V
C1
(k
‑
1)，A是滑模系数，C是电容器C1的电容值，D是直通矢量平均占空比，V
C1ref
是电容C1电压的参考值，V
C1
(k)是k时刻电容C1的电压，V
C1
(k
‑
1)是k
‑
1时刻电容C1的电压，P
ref
是有功功率参考值，r
s
＝r1/T
s
，r1、r2是让电容电压准确跟踪对应参考值的第一和第二校正系数，T
s
是采样周期，y2(k
‑
1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，刘清华，段新威，周海兰，赵子先，李杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：