【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，尤其涉及一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法。
技术介绍
1、多电平逆变器输出功率大，输出电能质量高，每个功率器件上承受的电压应力低，因此广泛应用于大功率电能变换场合。其中，中点箝位型(neutral point clamped，npc)三电平逆变器由于只需要一个直流电压源供电，对硬件的要求低，应用最为广泛。四桥臂逆变器可以承载平衡、不平衡或非线性负载，并且具有高直流母线电压利用率，是不平衡系统中一种首选结构。npc三电平四桥臂逆变器结合了三电平逆变器和四桥臂逆变器的优点，是大功率三相四线系统中一种优势结构。
2、模型预测控制(model predictive control，mpc)方法因具有简单直观、动态响应速度快和多目标协同控制能力等优点而备受关注。有限集模型预测控制(finite controlset model predictive control，fcs-mpc)方法利用逆变器开关状态的离散特性，通过遍历代价函数确定最佳开关状态。该方法存在开关频率不固定的缺点，且电压跟踪效果依赖于高采样频率，对控制器的要求较高，并且当逆变器电平数量和桥臂数量增加时，fcs-mpc方法的计算量将急剧增加。
3、调制型模型预测控制(modulated model predictive control，m2pc)方法具有固定的开关频率，且电压跟踪效果好。luca tarisciotti等提出一种应用于三相有源整流器的m2pc方法，该方法在每个控制周期内使用一个零矢量和两个有源矢量合成
4、marco rivera等提出了一种应用于三电平四桥臂逆变器的模型预测电压控制方法，实现了中点电位平衡控制目标，但存在开关频率不固定和计算量大的问题。venkatayaramasu等提出了一种应用于带lc滤波的三电平四桥臂逆变器低中性桥臂开关频率的模型预测电流控制方法，通过在代价函数中加入中性桥臂开关频率约束项，有效地降低了中性桥臂的开关频率，但该方法仍然存在开关频率不固定问题。王贵峰等提出了基于空间分层思想的低运算量预测控制，将候选电压矢量由81个降至4～18个，有效地降低了计算负担，但开关频率不固定。可见，目前各种三电平四桥臂逆变器模型预测控制方法都存在开关频率不固定问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术设计一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法。
2、一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，具体包括以下步骤：
3、步骤1：建立npc三电平四桥臂逆变器微分方程并进行离散化，得到npc三电平四桥臂逆变器的离散数学模型；
4、步骤1.1：建立npc三电平四桥臂逆变器交流侧微分方程并进行离散化，得到npc三电平四桥臂逆变器交流侧离散数学模型；
5、所述npc三电平四桥臂逆变器交流侧微分方程为：
6、
7、其中，lf为逆变器三相桥臂输出端的滤波电感；rf为三相桥臂输出端滤波电感的内阻；ln为中性桥臂输出端的滤波电感；rn为中性桥臂输出端滤波电感的内阻；cf为滤波电容；vi、ii、vo和io分别为npc三电平四桥臂逆变器的输出电压、输出电流、负载电压和负载电流，它们的列向量具体表达式为：
8、
9、其中，vaf、vbf和vcf分别为逆变器a相、b相和c相三相输出电压；ia、ib和ic分别为逆变器a相、b相和c相三相输出电流；vao、vbo和vco分别为a相、b相和c相三相负载电压；iao、ibo和ico分别为a相、b相和c相三相负载电流；
10、式(1)的状态变量表达形式为：
11、
12、其中分别表示vo和ii的导数，m和n为常数矩阵，其表达式为：
13、
14、其中i为单位矩阵，leq和req为常数矩阵，其表达式为：
15、
16、令三电平四桥臂逆变器系统的采样周期为ts，采用零阶保持法对公式(3)中和进行离散化，得到npc三电平四桥臂逆变器交流侧离散数学模型；
17、
18、其中，γ＝m-1(φ-ⅰ)n；vo(k+1)和ii(k+1)分别表示第k+1个时刻vo和ii的预测值；vo(k)、io(k)和ii(k)分别表示第k个时刻vo、io和ii的采样值；表示第k个时刻vi的计算值；
19、步骤1.2：建立npc三电平四桥臂逆变器直流侧微分方程并进行离散化，得到npc三电平四桥臂逆变器直流侧离散数学模型；
20、所述npc三电平四桥臂逆变器直流侧微分方程为：
21、
22、其中，cdc为直流侧每个电容的电容值；vdc1和vdc2分别为直流侧上下两个电容的电压值，idc1和idc2分别为流经直流侧上下两个电容的电流值；
23、电流值idc1和idc2与逆变器三相输出电流关系为：
24、
25、其中ka、kb、kc、qa、qb和qc分别为：
26、
27、其中sign为符号函数，其有三种取值，分别为0、1和-1；za、zb、zc和zf为：
28、
29、其中，vdc为直流侧电压；vao'、vbo'、vco'和vfo'分别为逆变器a、b、c和f桥臂的端电压；za、zb、zc和zf分别表示逆变器a、b、c和f桥臂的端电压标幺值；
30、对公式(7)采用前向欧拉离散化得到逆变器直流侧离散数学模型；
31、
32、其中，vdc1(k+1)和vdc2(k+1)分别表示第k+1个时刻vdc1和vdc2的预测值；vdc1(k)和vdc2(k)分别表示第k个时刻vdc1和vdc2的采样值；idc1(k)和idc2(k)分别表示第k个时刻idc1和idc2的计算值；
33、步骤2：计算三电平四桥臂逆变器输出电压vo的参考值；
34、所述输出电压vo的参考值计算公式为：
35、
36、上述公式(12)由二阶拉格朗日外推法得到，其中和分别为第k+1个时刻、第k个时刻、第k-1个时刻和第k-2个时刻负载电压的参考值；
37、步骤3：根据步骤2计算的三电平四桥臂逆变器输出电压vo参考值来建立包含负载电压和直流侧中点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤2所述输出电压vo的参考值计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤3所述代价函数为：
5.根据权利要求4所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，所述λdc为影响中点电位平衡控制目标的一个权重系数，其选择方法如下：
6.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤4具体为：
7.根据权利要求6所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，所述四种情况分别为：
【技术特征摘要】
1.一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤2所述输出电压vo的参考值计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种三电平四桥臂逆变器调制型模型预测控制方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘捷，邵虹君，王瑛，李东航，段洪君，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：
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