[发明专利]基于矢量提前筛选的电流源型变换器多步预测控制方法

说明书

本发明涉及基于矢量提前筛选的电流源型变换器多步预测控制方法，属于电力电子变换器模型预测控制技术领域，将多步模型预测控制与多矢量模型预测控制结合，通过矢量提前筛选减少控制集、采用无差拍控制方法减小代价函数寻优次数，将求解多步最优矢量的过程简化为求解多步最优非零矢量，再将多步最优非零矢量与对应零矢量结合完成占空比控制。本发明提出的控制方法解决了传统多步预测控制计算量大的问题，所提方法计算量约为传统多步预测控制的1/10，并且随着预测步长增加，计算量优势更为明显；实现了准定频控制以便于滤波器设计，因此具有较好的动、稳态性能，网侧电流THD更低，方案简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及基于矢量提前筛选的电流源型变换器多步预测控制方法，属于电力电子变换器模型预测控制技术领域。

背景技术

传统的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)一般采用单步预测，其控制性能有较大的局限性，而多步预测控制能提供较好的动、稳态性能，控制效果较好，因而得到较大的关注，但其存在着有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)所固有的采用单矢量合成误差大，在线计算量大，开关频率不固定造成滤波设计困难，模型参数改变造成控制效果不佳，采样频率大不适用于中高压场合，预测公式不符合李亚普诺夫函数定义从而很难进行稳定性分析等问题，因此限制了多步预测控制在实际中的使用。

S.KUN等人在Proceedings of the CSEE中发表的论文《A multi-steppredictive control algorithm for converter finite control set model》提出一种多步模型预测控制方法，每次选择上一时刻的最优矢量和次优矢量作为下一时刻预测计算的备选量，然后选择最终误差最小的最优矢量/次优矢量，虽然计算量极大减小，但所选择的矢量并不是全局最优矢量，并且无法解决开关频率不固定问题。Y.Wei等人在IEEEAccess期刊发表论文《A Variable Prediction Horizon Self-Tuning Method forNonlinear Model Predictive Speed Control on PMSM Rotor Position System》，从改变预测周期的角度，提出了一种预测时域自校正的模型预测控制方法，将传统非线性预测控制中的恒定预测时域增强为正积分离散时间变量，并根据运行状态在后期采样周期进行调整，预测时域较短的永磁同步电机控制系统在恒定状态下可以获得较小的计算和预测误差，但在瞬态下其性能有限，而具有长预测时间域的永磁同步电机控制系统在瞬态过程中可以获得较好的动态性和稳定性，但精度和计算负担变差。X.Shi等人在IEEE期刊Access发表论文《Low-complexity dual-vectorbased predictive control of three-phase PWMrectifiers without duty-cycle optimization》提出了一种恒定开关频率FS-MPC策略，它使用DSVM和FS-MPC构建虚拟状态矢量。这种策略虽然实现恒定开关频率和采样频率低，但这种方法采样频率低，所以为了达到高性能，会增加计算负担。因此亟需开发一种计算量小，动、稳态性能好、固定开关频率的多步预测控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于矢量提前筛选的电流源型变换器多步预测控制方法，解决了传统多步预测控制计算量大的问题，具有较好的动、稳态性能，方案简单，易于实现。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于矢量提前筛选的电流源型变换器多步预测控制方法，将多步模型预测控制与多矢量模型预测控制结合，通过矢量提前筛选减少控制集、采用无差拍控制方法减小代价函数寻优次数，将求解多步最优矢量的过程简化为求解多步最优非零矢量，再将多步最优非零矢量与对应零矢量结合完成占空比控制。

本发明技术方案的进一步改进在于：包括以下步骤：