[发明专利]一种三相三电平逆变器控制方法和系统

说明书

本申请提供一种三相三电平逆变器控制方法和系统。方法包括：采样逆变器的三相参数并转换到两相静止坐标系，利用模型预测递推公式并结合不同开关组合下的逆变器电压值获得输出电压的预测值；记录输出电压的历史值，通过二阶拉格朗日外推公式获得输出电压参考值；从矢量分组中选择一个使得代价函数最小的虚拟电压矢量。对与所述使得代价函数最小的虚拟电压矢量同一个扇区内的虚拟电压矢量进行迭代计算，确定使得代价函数全局最小的电压矢量；根据所述使得代价函数全局最小的电压矢量使用脉冲宽度调制产生3P‑3L逆变器。本申请使得输出电压谐波减少，简化了控制器的设计与计算时间。可以减少直流侧的电压、电流传感器，减少硬件成本。

技术领域

本申请涉及电力电子系统技术领域，尤其涉及一种直流中性点电压自平衡的三相三电平逆变器控制方法和系统。

背景技术

新能源发电已日益成为能源领域关注的重点，逆变器承担着将直流转化为交流的职能，是新能源发电的关键设备，逆变器的控制也成为了该领域的技术研究热点。由于具有输出电压谐波小，效率高等优点，三电平逆变器被广泛地应用在新能源发电与储能系统中。三电平逆变器的控制器设计是影响性能的关键。直接功率控制器，比例积分控制器，比例谐振控制器都曾是研究热点，而随着现代信号处理器的发展，模型预测控制受到了广泛的关注。模型预测控制一般会设置控制目标和代价函数，在有限的时间内通过搭建的模型预测受控量未来的状态。在逆变器模型预测控制中，往往是选择使代价函数最小的开关组合来进行控制。在强大的信号处理器的帮助下，模型预测控制往往具有更好的动态和稳态性能。

中性点电压能否保持平衡影响着三相三电平逆变器控制效果的好坏。如果中性点电压振荡较大，直流侧的两个电容之间电压发生变化，从而使各个功率半导体器件承受更大的电压应力，造成更大损耗甚至器件损坏。此外，中性点的电压波动也会增加逆变器各相电压输出的谐波。

传统模型预测控制算法中使用双目标成本函数，通过在代价函数中增加相应的权重因子项来抑制中点电位。但是一方面权重因子的设置与调优并没有系统的方法，另一方面代价函数中多一个需要考虑的项使得有些情况下无法使用电压最优项，输出谐波含量增加。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种直流中性点电压自平衡的三相三电平逆变器控制方法和系统，本申请能够针对性的解决现有的问题，通过对真实电压矢量的组合获得51个不影响中性点电压的虚拟电压矢量，使用这些虚拟电压矢量的控制方法不用再考虑中性点电压。

基于上述目的，本申请提出了一种直流中性点电压自平衡的三相三电平逆变器控制方法，包括：

采样逆变器的三相参数并转换到两相静止坐标系，利用模型预测递推公式并结合不同开关组合下的逆变器电压值获得输出电压的预测值；

记录输出电压的历史值，通过二阶拉格朗日外推公式获得输出电压参考值；

从矢量分组中选择一个使得代价函数最小的虚拟电压矢量；

对与所述使得代价函数最小的虚拟电压矢量同一个扇区内的虚拟电压矢量进行迭代计算，确定使得代价函数全局最小的电压矢量；

根据所述使得代价函数全局最小的电压矢量使用脉冲宽度调制产生3P-3L逆变器。

进一步地，所述逆变器的三相参数包括：逆变器输出电流i_x(k)、输出电压V_o(k)、负载电流i_load(k)。

进一步地，所述模型预测递推公式如下：