[发明专利]三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法

权利要求书

1.一种三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：三相三电平中性点钳位逆变器开始运行；

步骤S2：在t_k时刻采样获得负载电流i(k)，直流环节电容器C₁、C₂电压v_c1(k)、v_c2(k)；

步骤S3：利用公式(1)对负载反向电势进行估计：

式中，为k-1时刻的估计反电动势，v(k-1)的初始值为0，v_c1(k)、v_c2(k)的初始值为266.5v，i(k-1)的初始值为0A；

步骤S4：将代价函数值赋值为无穷大；

步骤S5：将27个开关量依次代入到下列式子分别得到t_k+1时刻的预测负载电流i^p(k+1)，预测直流环节电容器电压v^p_c1(k+1)、v^p_c2(k+1)：

式中，i^p(k+1)为t_k+1时刻的预测负载电流，v^p_c1(k+1)、v^p_c2(k+1)为t_k+1时刻预测直流环节电容器电压，上标p为预测变量；

步骤S6：将获得的目标量预测值i^p(k+1)、v^p_c1(k+1)、v^p_c2(k+1)代入到下列公式得到代价函数值；

步骤S7：依次将27个开关状态代入步骤S4-S5，计算得到最小的代价函数值对应的最优电压矢量v(k)；

步骤S8：应用最优电压矢量v(k)，并返回步骤S2。

2.根据权利要求1所述的三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：负载电流动态方程用下式矢量微分方程描述：

步骤S32：在采样时间T_s下，式(5)的负载电流公式描述了离散化过程；将使用离散时间模型预测从第k个采样时刻的电压和所测得的电流中得到未来的负载电流值；可以使用一些离散化方法获得与预测计算相匹配的离散时间模型；通过前向欧拉逼近代替负载电流导数di/dt；也就是通过下式逼近导数：

步骤S33：式(6)由式(5)取代，从而得到一个表达式；这个表达式允许对由逆变器产生的27个电压矢量v(k)值中的每一个值预测k+1时刻的电流值；其表达式如式(2)，式中为估计的反电动势；上标p为预测变量；

步骤S34：考虑到对负载电压和负载电流的测量，可以通过式(5)计算反向电势；其表达式如式(1)；为e(k-1)的估计值；可以通过估计反电动势过去值得一个外推估计当前的反电动势；另一种方法是，由于反电动势的频率低于采样频率，假设在一个采样时刻内反电动势不会发生很大的改变，因而假设

3.根据权利要求1所述的三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：

步骤S51：DC环节电容器电压的动态过程可以通过以下电容差分方程进行描述：

式中，C为电容值；对于采样时刻T_s的电容电压，可以使用导数近似值，公式如下：

因此，式(7)、式(8)对应的离散时间方程为式(3)、式(4)；式中，电流i_c1(k)和i_c1(k)依赖逆变器开关状态和输出电流的值，并且可以通过以下两式进行定义：

i_c1(k)＝i_dc(k)-H_1ai_a(k)-H_1bi_b(k)-H_1ci_c(k) (10)

i_c2(k)＝i_dc(k)+H_2ai_a(k)+H_2bi_b(k)+H_2ci_c(k) (11)

式中，i_dc为电压源V_dc所产生的电流；开关状态决定变量H_1x和H_2x，并且可以通过以下两式进行定义：

式中，x＝a,b,c。