【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子领域，特别是一种级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法及系统。
技术介绍
1、连铸技术的实践表明，中间包低过热度恒温浇铸是提高铸坯质量和生产效率的有效途径。中间包通道式电磁感应加热系统能有效地控制中间包温度，实现中间包最佳过热度恒温浇铸，在特殊钢生产中得到了广泛地工程应用。中间包电磁感应加热电源能通过控制输出电流实现对中间包温度的控制，是中间包通道式电磁感应加热系统的关键设备之一。
2、现有的中间包电磁感应加热电源的电路拓扑包括级联型多电平中间包电磁感应加热电源和全桥型模块化多电平中间包电磁感应加热电源。级联型多电平中间包电磁感应加热电源由于所需功率单元数量较少和技术成熟可靠，得到了广泛地工程应用。
3、目前级联型多电平中间包电磁感应加热电源的控制方法主要有比例积分(pi)控制、比例谐振(pr)控制及模型预测控制等。其中pi控制只能对直流量进行无差控制，对交流量控制有静态误差；pr控制可以对单个交流频率进行无差跟踪，但在宽范围的频率段内控制效果不佳；模型预测控制(model predictive control，mpc)是一种基于系统模型的先进控制技术，通过预测系统未来的状态变量，采用一系列的性能优化指标，进而达到系统最优控制的目的。mpc具有动态响应速度快，鲁棒性好，数字实现简单的优点，在中间包电磁感应加热电源这类对温度控制精度和动态性能要求较高的特殊应用场合，相对于经典反馈控制来说更具有优势。
4、随着级联型中间包感应加热电源的功率单元小型化以及功率密度的提高，功
5、专利技术专利申请cn109152118 a采用基于全桥型模块化多电平变换器的中间包电磁感应加热电源，由于其全桥子模块数量是级联型多电平中间包电磁感应加热电源的全桥功率单元数量的6倍，控制系统复杂，并且每个全桥子模块的电容处于悬浮状态，需要控制全桥子模块的电容电压保持平衡，其底层控制的开关动作与均压控制采用基于子模块电容电压排序的方式进行分配，主要存在以下问题：1)对所有全桥子模块电压排序的计算量较大，不易实现；2)基于全桥模块电容电压排序的开关动作分配无法实现全桥子模块之间的开关动作均衡分配，更无法实现全桥子模块内部左桥臂和右桥臂之间的开关分配均衡，导致全桥子模块之间以及全桥子模块内部左桥臂和右桥臂之间功率分配不均衡和损耗分布不均匀，降低了系统可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法及系统，实现功率单元之间以及功率单元左桥臂和右桥臂之间的功率完全均衡。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，包括以下步骤：
3、s1、采样k时刻级联型多电平逆变器输出电流io(k)、中间包电磁感应线圈的电压ud(k)和id(k)；
4、s2、利用下式获得k+1时刻电感电流的预测值、中间包电磁感应线圈电压的预测值和电流的预测值：
5、
6、其中，io(k+1)表示k+1时刻电感电流的预测值，ud(k+1)和id(k+1)分别表示k+1时刻中间包感应线圈电压的预测值和电流的预测值，qi(k+1)表示k+1时刻第i个全桥功率单元的输出电平状态，t表示采样周期，lf为滤波电感，n为级联型多电平中间电磁包感应加热电源的功率单元数量，ld和rd分别表示中间包电磁感应线圈的等效电感和等效电阻，c为并联补偿电容；
7、s3、以代价函数值最小时级联型多电平中间电磁包感应加热电源的输出电平数为最优电平数，将该最优电平数作为级联型多电平中间包电磁感应加热电源k+1时刻需要输出的电平数；所述代价函数g的表达式为：
8、g＝λ1|ioref(k+1)-io(k+1)|+λ2|udref(k+1)-ud(k+1)|+λ3|idref(k+1)-id(k+1)|；
9、其中，ioref(k+1)为输出电感电流的参考值，udref(k+1)为中间包电磁感应线圈电压的参考值，λ1、λ2和λ3分别为输出电感电流、中间包电磁感应线圈电压和电流的权重因子；
10、s4、利用下式计算k+1时刻的输出电平变化量δl：δl＝l(k+1)-l(k)；其中，l(k+1)为级联型多电平中间包电磁感应加热电源k+1时刻需要输出的电平数，l(k)为级联型多电平中间包电磁感应加热电源k时刻需要输出的电平数；将输出电平变化量分配至功率单元。
11、本专利技术无需对功率单元电容电压进行排序，并且以桥臂为单元进行开关信号分配，根据有限集控制开关状态寻优得到输出电平变化量，首先从第p个桥臂(p的初始值为1)开始分配脉冲，将开关脉冲依次分配给各个功率单元的左桥臂和右桥臂，在一个基波周期内实现各个功率单元之间、以及功率单元内部左桥臂和右桥臂之间的开关频率相同，然后在下一个基波周期内从第p+1个桥臂开始依次分配脉冲，将开关脉冲依次分配给各个功率单元的左桥臂和右桥臂，通过2n个基波周期时间，实现各个功率单元以及功率单元左桥臂和右桥臂之间的开关脉冲宽度相同和频率均相同，从而实现功率单元之间以及功率单元左桥臂和右桥臂之间的功率完全均衡。
12、其中，-n≤l(k)≤n，n为功率单元的数量，q[2i]表示第i个功率单元的右桥臂开关状态，q[2i-1]表示第i个功率单元的左桥臂开关状态，i＝1,2,…,n。
13、将输出电平变化量分配至功率单元的具体实现过程包括：
14、在第一个基波周期开始时，设置变量i＝1，t＝0，x＝1，m＝0；变量i和t对应输出电平数增加的情况，即δl>0；变量j和m对于输出电平数减少的情况，即δl<0；
15、若当前控制周期的输出电平变化量δl>0，则从第一个桥臂至第2n个桥臂依次改变δl个输出电平为0的桥臂状态，使δl个桥臂输出电平为1；
16、若当前控制周期的输出电平变化量δl<0，则从第一个桥臂至第2n个桥臂依次改变使δl个输出电平为1的桥臂状态，使δl个桥臂输出电平为0；
17、若当前控制周期的输出电平变化量δl＝0，则保持当前功率单元及其桥臂的输出电平状态不变。
18、若当前控制周期的输出电平变化量δl>0，还包括：
19、若当前控制周期的输出电平变化量δl>0并且i+t<2n，则从第i+t个桥臂开始分配开关脉冲信号，若第i+t个桥臂的开关状态为q[i+t]＝0，则将q[i+t]加1，增加第i+t个桥臂的输出电平，即第i+t个桥臂输出电平为1；若当前控制周期的输出电平变化量δl>0并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，其中，-N≤L(k)≤N，N为功率单元的数量，q[2i]表示第i个功率单元的右桥臂开关状态，q[2i-1]表示第i个功率单元的左桥臂开关状态，i＝1,2,…,N。
3.根据权利要求1所述的级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，将输出电平变化量分配至功率单元的具体实现过程包括：
4.根据权利要求3所述的级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，若当前控制周期的输出电平变化量ΔL>0，还包括：
5.根据权利要求3所述的级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，若当前控制周期的输出电平变化量ΔL<0，还包括：
6.一种级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；其特征在于，处理器执行存储器上的计算机程序，以实现上述权利要求1～5之一所述方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，其中，-n≤l(k)≤n，n为功率单元的数量，q[2i]表示第i个功率单元的右桥臂开关状态，q[2i-1]表示第i个功率单元的左桥臂开关状态，i＝1,2,…,n。
3.根据权利要求1所述的级联型多电平中间电磁包感应加热电源控制方法，其特征在于，将输出电平变化量分配至功率单元的具体实现过程包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：汪亮，周发云，袁鹏，陈浪，彭鹏，王文宇，朱春苗，禹双强，徐冬，杨佳明，陈振哲，陈锋，李鏖，王博，
申请(专利权)人：湖南中科电气股份有限公司，
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。