[发明专利]基于滑模控制的T型整流器三矢量模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于滑模控制的T型整流器三矢量模型预测控制方法，包括以下步骤：通过滑模控制计算出功率参考值P_ref，同时采用预设的方法预测出下一个时刻的功率；根据预设的代价函数找出最优虚拟开关矢量所在的小扇区；根据平衡中点电压的代价函数确定开关矢量的作用顺序及对应矢量的作用时间；最后根据找出的最优开关状态对T型三电平整流器的各个开关器件进行控制。本发明公开的预测控制方法至少具有如下有益效果：代价函数不需要权重因子，减少了计算负担；滑模控制加快了系统的动态响应速度；选择三个矢量来控制可以减小电流纹波、降低交流电流谐波、平衡中点电压，提高了维持中点电压平衡的能力，有效改善了电网侧的电能质量。

技术领域

本发明涉及三电平PWM整流技术领域，具体涉及一种基于滑模控制的T型整流器三矢量模型预测控制方法。

背景技术

随着电动汽车的迅猛发展，大型充电桩实现了大规模的发展及应用，同时各种大型储能装置也发展迅猛，其中整流器是必不可少的一个环节。传统的两电平整流器输入电流谐波含量高，电能质量较低，对电网不利。T型三电平整流器可以较好的解决上述问题。

T型三电平整流器的控制策略有多种，但其中广为应用且控制效果较好的是模型预测控制策略，模型预测控制策略是一种非线性的控制策略，该策略根据预测值通过代价函数确定控制量，然后对T型三电平整流器进行控制，实现跟踪给定值的控制效果。传统的三电平整流器模型预测控制策略计算量很大，消耗大量计算资源，提高了硬件要求，而且只用单个矢量进行控制，电流纹波较大，电能质量仍不够优良，中点电压平衡需要权重因子参与，平衡能力较低，效果较差，同时用于三电平整流器的模型预测控制策略中目前都是采用PI控制器来实现参考功率的控制，PI控制器的动态响应较慢，过渡时间长，在快节奏的应用场合下难以应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于滑模控制的T型整流器三矢量模型预测控制方法。该方法结合滑模控制器，可以提高T型三电平整流器动态响应，用三个矢量分段控制可以精准地跟踪最优虚拟开关矢量，从而减小电流纹波，提高电能质量，通过选择三个矢量的作用顺序来实现中点电压的平衡，省去了权重因子，平衡能力提高，平衡效果得到很大改善，用中心矢量的查找办法降低了计算量，减轻了计算负担。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于滑模控制的T型整流器三矢量模型预测控制方法，所述预测控制方法包括以下步骤：

S1、以一定的时间间隔采集直流侧的电流I_dc、直流侧的两个电容电压U₁、U₂，交流侧电压e_abc和电流i_abc，并通过滑模控制计算出有功功率参考值P_ref，同时采用模型预测方法预测出下一个时刻各扇区中心矢量对应的有功和无功功率；

S2、根据扇区中心矢量的代价函数J找出最优虚拟开关矢量所在的小扇区；

S3、根据平衡中点电压的代价函数J_c确定三个开关矢量的作用顺序及对应的作用时间；

S4、根据找出的最优开关状态对T型三电平整流器的各个开关器件进行控制。

进一步地，所述步骤S1中，用采集到的直流侧的两个电容电压U₁、U₂计算出输出电压，通过设计滑模面让其跟踪上输出电压的给定值，进而计算出有功功率参考值，其中，滑模面表达式如下：

式中，s为滑模面，U_ref是输出电压的给定值，U_dc是输出电压的值，k₁、k₂为实现输出电压跟随输出电压的给定值功能的第一、第二滑模系数；

有功功率参考值表达式如下：