[发明专利]一种模块化多电平DC/DC变换器的模型预测控制方法

权利要求书

1.一种模块化多电平DC/DC变换器模型预测控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：建立模块化多电平DC/DC变换器的数学模型：

z＝[i_e i_c i_o 0]^T，其中i_e＝i_Σi-0.5i_Σo，i_c＝i_Δi，i_o＝i_Σo，分别表示为高压侧和低压侧电流之差，环流和低压侧电流。分别为相应的系数矩阵；

步骤2：建立模块化多电平DC/DC变换器的离散预测模型：

采用前向欧拉离散，离散后的预测模型为：

其中z(k+1)表示下一步预测值，z(k)表示当前采样值；

步骤3：建立模型预测代价函数：

建立模型预测的代价函数为：

λ₁,λ₂,λ₃分别为相应控制目标的权重因子，分别为高压侧和低压侧电流之差、环流和低压侧电流的参考值；

步骤4：利用归并排序算法实现电容电压的均衡：

在模型预测控制计算得到变换器最优的开关组合之后，利用归并排序算法实现电容电压的均衡，然后生成触发脉冲送到模块化多电平DC/DC变换器中。

2.根据权利要求1所述的模型预测控制方法，其特征在于，所述获得模块化多电平DC/DC变换器的数学模型的步骤包括：

步骤1：根据基尔霍夫电压定律，建立系统的状态空间方程：

其中，状态向量x，输入向量u和扰动向量w分别为：

w＝[V_dcH V_dcL]^T

步骤2：解耦状态变量和输入变量之间的耦合：

为了解耦状态变量和输入变量之间的耦合，通过坐标变换，将状态变量和输入变量映射到新的坐标系(Σ-Δ坐标系)，变换后的状态变量为：

其中，i_Σii_Σo分别为高压侧和低压侧电流，i_Δi为环流，i_Δo为传递到输出侧的滤波器漏感电流。v_Σi、v_Σo、v_Δi和v_Δo分别为驱动相应电流的电压。V_dcH和V_dcL分别为变换器高压侧电压和低压侧电压；

步骤3：解耦状态变量之间的耦合：

为了方便模型的离散化，需要将系数矩阵进行对角化，忽略低压侧滤波器漏感电流，定义新的状态变量z：

其中z＝[i_Σi-0.5i_Σo i_Δii_Σo 0]^T，为的右特征向量组成的模态矩阵的逆矩阵；

则得到新的变换器状态空间方程：

其中

3.根据权利要求1所述的模型预测控制方法，其特征在于，所述获得的模块化多电平DC/DC变换器的离散预测模型：

本发明采用前向欧拉离散，离散后的状态空间方程表示为：

根据模块化多电平DC/DC变换器控制目标和工作原理，建立模型预测的代价函数：

λ₁,λ₂,λ₃分别为相应控制目标的权重因子，分别为高压侧和低压侧电流之差、环流和低压侧电流的参考值。

4.根据权利要求1所述的模型预测控制方法，其特征在于，所述的电容电压排序算法为归并排序算法，该算法根据子模块的电容电压的变化规律，对子模块进行分组归并排序，然后对步骤2、3和4得到的子模块切换状态进行重新分配，保证子模块电容电压的平衡。