[发明专利]三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法

说明书

本发明涉及一种三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法，该方法首先测量负载电流与直流侧电容电压，然后估算负载的反向电势，再计算各开关量对应的代价函数值，进而应用最小代价函数值对应的开关量，最后再依次重复上述步骤。该方法有利于降低开关频率，维持直流侧电容电压平衡。

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法。

背景技术

现代功率电子变换器具有一些主要特性，包括频率高、尺寸小、重量低、运行快和功率密度高等。这产生了不同类型的脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术，成为应用于电力电子系统的基本控制方式。PWM模块不仅可以控制功率变换器，同时也可以使功率变换器线性化，因而可以将其看作线性功率放大器(执行器)。因此，传统上，在由比例积分(Proportion Integrate,PI)调节器构成的级联多环路系统中对功率变换器和驱动系统进行控制。

模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)提供了一种与众不同的方法进行能量处理，就是将功率变换器当做离散和非线性的执行器。在MPC系统中，通过单一的控制器实现控制动作，这一控制器可以从所有可能的状态中在线选择状态，并在可以使代价函数最小的离散时间预测模型中计算控制动作。因此，通过合适的代价函数形式，MPC可以满足更高的灵活性，并同时可以对许多重要的参数(如开关次数、开关损耗、无功功率控制、电机转矩纹波等)实现最优化。这样，预测控制器可以取代传统系统中的PWM模块和级联多环路PI控制，同时可以提供在多目标必须被同时满足的场合所需的工业灵活性、简化性和基于软件的优化解决方案。使用预测控制器所付出的代价是需要进行大量计算。然而，由于信号处理器性能飞速提高和工业信息科学的快速发展，此问题将迎刃而解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法，该方法有利于降低开关频率，维持直流侧电容电压平衡。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三相三电平中性点钳位逆变器的预测控制方法，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；