[发明专利]一种大功率NPC三电平PWM整流器预测控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种大功率NPC三电平PWM整流器预测控制方法及装置，该方法包括：采集k时刻PWM整流器的状态信息，确定出PWM整流器当前开关状态；在两相静止αβ坐标系下，构建离散域的PWM整流器数学模型；基于离散域的PWM整流器数学模型，得出k+1时刻PWM整流器输出变量的预测值；对有功功率、无功功率、中点电位的满意区间进行在线搜索；当PWM整流器当前开关状态维持前一时刻开关状态不变时，根据k+1时刻有功功率、无功功率、中点电位的预测值是否在满意区间，确定出开关状态；将确定的开关状态所对应的门极信号施加在PWM整流器上。该控制方法在低开关频率系统离散模型精度不降低，PWM整流器输出品质高，而且可有效灵活控制平均开关频率，实现开关频率的动态调整。

技术领域

本发明属于电力电子领域，尤其涉及一种大功率NPC三电平PWM整流器预测控制方法及装置。

背景技术

PWM整流器是大功率电力装备接入电网的重要接口，作为发(用)电系统与电网之间的桥梁，其核心控制目标是保持PWM整流器交、直流侧功率平衡。此外，功率半导体器件的工作寿命与工作温度有直接的关系。对于硅器件的一个经验法则是，在工作温度低于50℃时，工作温度每升高10-50℃，硅器件的故障率通常会加倍。为了提升设备的安全运行寿命，对系统器件的温度进行限制尤其重要。虽然降低开关频率对于提升大功率变流系统可靠性有着诸多积极意义，但是考虑到开关频率与变流器电流品质之间的关联性，盲目的降低开关频率会引起变流系统诸多问题，主要体现在：基于传统PWM载波调制进行电力电子系统设计时，多采取状态空间等效模型建模，并将PWM调制环节等效为一阶惯性环节来描述PWM调制输出延时特性。然而，该模型需满足开关变换器的开关频率远大于电路特征频率，且状态方程中输入变量为常数或缓慢变化量这一前提条件。显然，对于低开关频率系统上述条件并不满足，过大的PWM调制环节延时特性无法保证大功率变流系统的稳定性。基于伏秒平衡原则的调制策略，离散周期等于载波周期，在低开关频率下系统离散模型精度降低，无法满足低开关频率(小于500Hz)时的稳定运行及电能品质。导通损耗、开通损耗和关断损耗都与流经半导体器件的电流紧密相关。平均开关频率一定时，网侧电流谐波会随着负载的降低而增大。对于大功率系统而言，轻载下电流谐波对电网的影响仍然不容忽视。同时，大功率系统轻载时相对满载允许更大的平均开关频率。

因此，对于大功率系统开关频率灵活可控性研究具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点，本发明提供了一种大功率NPC三电平PWM整流器预测控制方法及装置，其可有效灵活的控制平均开关频率，实现开关频率的动态调整。

本发明提供的一种大功率NPC三电平PWM整流器预测控制方法，该方法包括：

采集k时刻PWM整流器的状态信息，确定出PWM整流器当前开关状态；

在两相静止αβ坐标系下，构建离散域的PWM整流器数学模型；

基于离散域的PWM整流器数学模型，得出k+1时刻PWM整流器输出变量的预测值；其中，所述输出变量包括有功功率、无功功率及中点电位；

对有功功率、无功功率、中点电位的满意区间进行在线搜索；

当PWM整流器当前开关状态维持前一时刻开关状态不变时，根据k+1时刻有功功率、无功功率、中点电位的预测值是否在满意区间，确定出开关状态；

将确定的开关状态所对应的门极信号施加在PWM整流器上。

优选的，所述两相静止αβ坐标系下，构建离散域的PWM整流器数学模型为：