[发明专利]一种多电平逆变器模型预测控制方法及系统

说明书

本发明公开一种多电平逆变器模型预测控制方法及系统，包括：预设控制悬浮电容电压波动范围的控制阈值，确定中点电压和悬浮电容电压平衡的优先级；构建中点电压和悬浮电容电压平衡条件，通过平衡条件筛选开关序列；构建价值函数，构建空间矢量图，根据矢量价值函数值对空间矢量图进行扇区划分，确定参考电压所在第一目标扇区；在第一目标扇区内以虚拟矢量为基准进行二次划分，对所在第二目标扇区根据菱形对角线进行三次划分，确定参考电压所在空间矢量图的最终位置；根据最终位置确定零共模矢量；将矢量根据空间矢量图内外圈划分原则重新排序，得到降低开关损耗，固定开关频率的序列；根据价值函数得到占空比，以此控制逆变器开关管的动作。

技术领域

本发明涉及多电平逆变器技术领域，特别是涉及一种多电平逆变器模型预测控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

相比较传统的三电平逆变器，多电平逆变器由于其开关电压应力小，输出电压阶数多，直流侧利用率高，输出电流谐波少等优点，已经被广泛应用到工业领域中。其中，作为多电平之一的三相五电平有源中压点箝位型(3P-5L-ANPC)逆变器，已经被应用到采矿业和光伏发电等领域。

3P-5L-ANPC每相是由四个高频开关，四个工频开关以及一个悬浮电容组成。由于开关数目较多，除了需要控制中点平衡之外，悬浮电容也需要控制在直流侧的四分之一。一旦任何一相悬浮电容或者直流侧中点不平衡，将会造成整个逆变器交流侧输出电流谐波变大，影响到整个系统的正常运行。

在光伏发电领域，光伏阵列的寄生电阻，会与大地之间形成共模回路。当非隔离型并网3P-5L-ANPC产生共模电压时，回路中会形成共模漏电流，会增大交流侧输出电流谐波，倘若滤波处理不及时，会严重污染电网电能，同时增大系统的维护成本，影响其长期安全运行。虽然可以通过增加滤波器或设计隔离型逆变器减小漏电流，但会增大整个光伏系统的体积，增加可视成本。

近年来，新兴的模型预测控制(model predictive control,MPC)由于能够实现多目标同步优化控制，且不需要额外的PWM模块，逐步应用于多电平调控领域。但在MPC中，往往采取设定权重因子的方法来实现多目标的控制，而权重因子的选取尚且没有固定的方法，通常是采取试探法来多次筛选。除此之外，当价值函数中包含权重因子时，会增加控制器的计算负担，不利于实现系统的快速响应。

当逆变器在每个采样周期内开关频率不固定时，将会增加滤波器的设计难度；而当开关损耗过大时，会减少逆变器的工作寿命，增加系统的维护和保养成本，不利于提升光伏发电系统的可靠与安全性。

综上，上述现有技术中存在着并网漏电流的抑制，开关频率不固定，开关损耗较大，以及控制目标多且复杂，传统含权重因子的MPC在实现多目标控制时的计算负担大等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种多电平逆变器模型预测控制方法及系统，提出中点电压和悬浮电容电压控制优先级方法，以及提出控制中点电压和悬浮电容电压的函数，有效选择合适的开关状态平衡中点和悬浮电容电压；提出虚拟矢量划分扇区方法，将大扇区初步划分为三个扇区，继而对扇区进行逐步划分，采用逻辑大小判断有限集模型预测价值函数值，以精确到所需求的小扇区中，确定最终的三个候选矢量，再基于价值函数计算结果计算占空比。最后对矢量按照空间矢量图内外圈的划分方式进行重新排序来降低切换小扇区时的开关损耗，也实现了开关频率的固定，有利于滤波器的设计。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种多电平逆变器模型预测控制方法，包括：

预设控制悬浮电容电压波动范围的控制阈值，以此确定中点电压和悬浮电容电压平衡的优先级；