[发明专利]三电平并网逆变器有限控制集模型预测定频方法

说明书

一种三电平并网逆变器有限控制集模型预测定频方法，根据三电平并网逆变器的数学离散模型，将占空比优化矢量，即零矢量与最优开关矢量，即非零矢量按开关切换次数最小原则绑定使用，并分别使其作用最优矢量时间；再通过扇区分区方法将三电平逆变器所需遍历的27个电压矢量减少到某个扇区内的10个矢量，并剔除零矢量只保留非零矢量，即每个控制周期只需遍历7个非零矢量，从而显著减小由于计算延时带来的误差影响。本发明能够在尽量保持较小计算量的情况下，实现开关频率固定、并网电流谐波减小与谐波分布范围变窄等众多优势。

技术领域

本发明涉及的是一种智能电网控制领域的技术，具体是一种基于占空比优化的三电平并 网逆变器有限控制集模型预测定频方法，适用于各种需要控制并网电流的并网逆变器应用场合。

背景技术

电力电子系统往往具有非线性、时变性、强耦合性、不确定性，难以获得精确模型参数， 要求动态响应快速等特点，而现有的控制方法往往需要精确的控制对象模型参数，因而在控制 效果上将大大降低，影响其各种性能，比如参数整定困难、动态响应缓慢，对谐波的抑制能力 差，系统稳定性弱，难以实现数字化等一系列问题。

针对上述缺陷的改进技术包括滑模变结构控制(Sliding-Mode Control，SMC)、模糊控制 (Fuzzy control)、模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)，其中：模型预测控制由于其 控制原理直观、易于建模、无需精确模型和复杂控制参数设计，对克服工业控制过程中的非线 性及不确定性等问题有非常好的效果，而且易于增加约束、动态响应快、鲁棒性强等多种优势， 受到广泛关注。模型预测控制与现有的电流控制方法相比，其更为简单与高效，并有着更优的 动态响应特性。但其每一次控制周期的决策过程都是独立的，无法形成一个多周期的统一规划， 这可能会使得相邻两个控制周期都选择同一个开关矢量，导致开关频率不固定，进而导致并网 电流谐波分布广泛，滤波器参数难以设计，甚至系统发生谐振失稳等一系列问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种三电平并网逆变器有限控制集模型预测 定频方法，适应性广、计算量小、开关频率固定的特点，能够在尽量保持较小计算量的情况下， 还具有固定的开关频率与并网电流纹波显著减少等特点，不但保证经典方法的快速性等优点， 还实现开关频率固定、并网电流谐波减小与谐波分布范围变窄等众多优势。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种三电平并网逆变器有限控制集模型预测定频方法，根据三电平并网逆变 器的数学离散模型预测得到最优开关矢量与占空比优化矢量，即非零电压矢量与零电压矢量， 再按开关切换次数最小原则，使这两个矢量分别以最优矢量时间作用于逆变器，使得并网电流 跟踪给定值；在每个控制周期中，把待输出电压矢量集合中的每个电压矢量依次代入定义好的 代价函数中，遴选出使得代价函数取值最小的电压矢量。

所述的开关切换次数最小原则是指：先让最优开关矢量作用，后让占空比优化矢量作用， 即首先输出与参考电压矢量u_ref(k+1)的幅值和相角最接近的逆变器最优开关矢量，并使其作用 T₁时间，然后再输出与其绑定的开关切换次数最小的占空比优化矢量，并使其作用T₀时间，则 能够让并网电流i(k)先增加△i_L1，再增加△i_L0达到i_L10(k+1)，使其更接近于i_ref(k+1)，此时存在 电流跟踪误差，此误差比单矢量输出时的误差明显减小；但当是上一次控制周期使用的占空比 优化矢量与这一次将要使用的占空比优化矢量一样，则应该先让占空比优化矢量作用，再让最 优开关矢量作用，以降低开关频率。

例如，根据开关切换次数最小原则，当最优开关矢量是(1，1，-1)时，其占空比优化矢 量为(1，1，1)；而最优开关矢量是三个开关函数不相等时，如(1，0，-1)，则占空比优化矢量 应为(0，0，0)。

所述的三电平并网逆变器的数学离散模型为：