一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法技术

本发明专利技术公开了逆变器控制技术领域的一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法，步骤一、对三电平逆变拓扑电路进行数学建模；步骤二、为减少开关状态参与代价函数计算次数，选择离参考电压矢量最近的电压矢量带入代价函数；步骤三、解决逆变器直流端电容可能存在不平衡的中点电位问题；步骤四、构建其代价函数；三电平逆变拓扑电中直流母线侧电压U

【技术实现步骤摘要】
一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法


[0001]本专利技术涉及逆变器控制
，具体为一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法。

技术介绍

[0002]能源是整个社会发展的基本驱动力，也是人类生存的根本。近年来，以石油、煤炭和天然气为主的不可再生能源出现了前所未有的危机，除了储存量不断在减少之外，其释放出的二氧化碳气体还导致了全球变暖，对环境的影响日益凸显。因此，许多国家的政府开始大力鼓励开发新能源技术，希望通过此技术来缓解对不可再生能源的消耗。近年来，各大资本都纷纷投向了新能源市场，特别是对风能和太阳能的资金数量倍增，风力发电技术和光伏发电技术已成为了在新能源领域发电技术中应用最为频繁的技术。并网逆变器作为这一技术的命脉，在电能的转换过程中起着至关重要的承接作用。因此，对于并网逆变技术的研究是新能源发电技术的关键所在，逆变器控制性能的优劣直接关系着传输电能的质量。多年来对于并网逆变器的控制策略的研究一直是科研人员工作的重心，大量的研究和实验都旨在找到提高并网逆变器控制的高性能方法。
[0003]随着二十一世纪计算机技术的飞速发展，模型预测控制(Modelpredictivecontrol,MPC)成为了近些年来计算机领域和其他工学领域的研究热点。众多学者也将其运用到了电力电子
中，取得了不小的研究成果。通过分析模型预测控制的特点及其原理可以发现，它能够完美的与并网逆变器的数学模型相契合，只需要通过对并网逆变器开关状态的预测以及价值寻优即可完成整个控制过程。MPC控制器理想状态下，可以在每一个控制周期完成以下工作：同时进行计算、采样和输出开关状态。
[0004]不过，T型三电平并网逆变器的MPC控制方法在实际工作中有着很大的计算量，这也就导致和理想状态相比，应用的最优开关状态会出现相应的延时现象，这也导致实际电流会与参考电流产生偏移。且三电平逆变器中，因为存在着不平衡的直流侧中点电位，会使开关器件承受电压不同，严重时会损坏设备，此外，在这个过程中也会出现谐波，逆变器输出性能就会受到影响，基于此，本专利技术设计了一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出解决原有控制方法产生的计算量大、延时和直流侧电压不稳的问题的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、对三电平逆变拓扑电路进行数学建模；
[0008]步骤二、为减少开关状态参与代价函数计算次数，选择离参考电压矢量最近的电
压矢量带入代价函数；
[0009]步骤三、解决逆变器直流端电容可能存在不平衡的中点电位问题；
[0010]步骤四、构建其代价函数。
[0011]优选的，三电平逆变拓扑电中直流母线侧电压U
dc
，逆变器侧三相电流瞬时值i
1x
，u
x
为逆变器侧输出电压的瞬时值；e
x
为电网电压的瞬时值；电网侧电流i
2x
；u
cx
为电容端电压；R1、R2分别为滤波电感L1、L2的等效内阻抗；C为滤波电容。
[0012]优选的，在步骤一中的数学建模中，系统离散模型建立过程为，abc坐标系下状态方程为：
[0013][0014]二阶欧拉离散公式表示为：
[0015][0016]x
p
(k+1)代表下一采样周期预测值，x
p
(k+1)代表下一采样周期预测值校正值。
[0017]将上述abc坐标轴下的模型用二阶欧拉离散公式进行离散：
[0018][0019]式中i
1α,βp
(k+1)＝i
1α,β*
(k+1)
[0020]通过上式可以得到参考电压矢量u
α,β*
(k)，k时刻采用开关函数计算出电压u
α,β
与参考电压矢量u
α,β*
处于同一扇区。本设计采用两步预测法，求得u
α,β*
(k+1),i
p1α,β
(k+2)：
[0021][0022]通过读取系统k时刻u
x
、i
1x
、e
x
、i
2x
、u
cx
带入上述数学模型，得到k+2时刻电流预测值的i
1xα,β，k+1
时刻的电压参考值u
α,β*
。
[0023]优选的，在步骤二中，对所在扇区进行判断，需计算参考电压矢量与α轴夹角θ
n
。θ
n
按下式得：
[0024][0025]优选的，在步骤三中，建立直流侧电容的电压电流方程：
[0026][0027]其离散模型为：
[0028][0029]由上式可得：
[0030][0031]优选的，在步骤四中，γ1，γ2，为权重系数；γ1为控制并网电流跟踪误差的权重因子，γ2为控制中点电位的权重因子，起到使中点电压平衡的作用
[0032][0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：根据参考矢量的空间位置，让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型计算。且在考虑延时补偿的问题上增加了一步计算k+2时刻下电流预测值与电压预测值的步骤，避免了最优开关状态出现的延时问题；
[0034]为了解决T型三电平逆变器存在直流侧电容中点电位不平衡而引起的逆变器输出电压谐波含量过大的问题，保障输出电压波形的质量，本设计将中点电位的平衡问题纳入代价函数的设计中。
[0035]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术三电平逆变拓扑电路图；
[0038]图2为本专利技术电压矢量分布图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]请参阅图1和图2，本专利技术提供一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法技术方案：包括以下步骤：
[0041]步骤一、对三电平逆变拓扑电路进行数学建模，三电平逆变拓扑电中直流母线侧电压U
dc
，逆变器侧三相电流瞬时值i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对三电平逆变拓扑电路进行数学建模；步骤二、为减少开关状态参与代价函数计算次数，选择离参考电压矢量最近的电压矢量带入代价函数；步骤三、解决逆变器直流端电容可能存在不平衡的中点电位问题；步骤四、构建其代价函数。2.根据权利要求1所述的一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法，其特征在于：三电平逆变拓扑电中直流母线侧电压U
dc
，逆变器侧三相电流瞬时值i
1x
，u
x
为逆变器侧输出电压的瞬时值；e
x
为电网电压的瞬时值；电网侧电流i
2x
；u
cx
为电容端电压；R1、R2分别为滤波电感L1、L2的等效内阻抗；C为滤波电容。3.根据权利要求1所述的一种改进型双矢量三电平MPC逆变器设计方法，其特征在于：在步骤一中的数学建模中，系统离散模型建立过程为，abc坐标系下状态方程为：二阶欧拉离散公式表示为：x
p
(k+1)代表下一采样周期预测值，x
p
(k+1)代表下一采样周期预测值校正值。将上述abc坐标轴下的模型用二阶欧拉离散公式进行离散：式中i
1α,βp
(k+1)＝i
1α,β*
(k+1)通过上式可以得到参...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海金，邵帅虎，尹飞洋，董雨洁，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：