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专利号: 2023105880613
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法,其特征在于:利用无差拍控制计算出参考电压矢量,直接定位合成矢量的位置;在分析三电平空间矢量图的基础上,采用共模电压相同的中矢量和零矢量来合成参考矢量;通过调整O状态的时间,使开关的冗余状态O1和O2的时间占比相等;推导三矢量电流预测控制时间计算公式,降低并网电流THD,优化开关序列;针对参数不平衡和控制延迟带来的飞跨电容电压低频振荡,基于预测控制设计一种能够动态调整冗余O1和O2的占比的调节因子D,实现飞跨电容电压的平衡。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法,其特征在于:所述控制方法具体包括如下步骤:步骤1:对三相电网电压Va、Vb、Vc采样锁相,并按照电流控制要求,生成三相电流参考Ia_ref、Ib_ref、Ic_ref,同时对三相电网电流Ia、Ib、Ic采样,并将三相电压、三相电流、三相参考电流进行坐标变换,得到αβ坐标系下的电网电压Vα、Vβ,电网电流Iα、Iβ,参考电流Iα_ref、Iβ_ref,用于三矢量预测控制时间计算;

步骤2:对飞跨电容三电平逆变器,建立交流侧离散数学模型,并导出其无差拍参考电压数学模型;

步骤3:利用无差拍计算的参考电压矢量,进行扇区定位,选取合成矢量;

步骤4:三矢量电流预测控制时间计算;建立网侧电流预测模型,定义两个有源矢量的作用时间为t1和t2,零矢量作用时间为t0,利用拉格朗日导数法,计算矢量作用时间;

步骤5:开关序列采用7段式,开关序列优化,分为两个部分;

首先是调整冗余O1和O2的矢量时间要相等,实现飞跨电容电压充放电自平衡;其次是调整矢量的位置,降低开关开断切换次数,降低开关损耗,提高系统效率;根据优化后的开关序列生成调制信号Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6;

步骤6:针对三相参数不平衡和计算延迟带来的飞跨电容电压低频振荡的问题,建立电容电压预测模型,计算调节因子D,动态调整O状态中O1和O2的相对时间,并加入三矢量预测控制时间内,生成新的调制信号Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6;

步骤7:用生成的调制信号与锯齿波进行比较生成开关出发脉冲,驱动飞跨电容三电平逆变器工作;

步骤8:用Matlab/Simulink搭建仿真模型,进行验证。

3.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法,其特征在于:所述步骤2的具体过程如下:根据基尔霍夫电压定律,交流侧离散数学模型如下:

推导出网侧电流预测模型为:

推导出无差拍参考电压数学模型:

其中,L为网侧电感,R为等下电阻,TS为控制周期。

4.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法,其特征在于:所述步骤4的具体步骤如下:三矢量网侧电流预测模型为:

I(k+1)=I(k)+S1t1+S2t2+S0t0                        (4)其中,S1、S2、S0定义为电流斜率:

定义电流预测代价函数:

2

G=(Iref‑I(k+1))                        (6)利用拉格朗日倒数法,计算出矢量作用时间:

其中定义:

5.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法,其特征在于:所述步骤5的具体步骤如下:首先分析各种开关状态对飞跨电容的影响,以第一扇区为例:选取零矢量OOO,有源矢量PON和PNO,开关序列选择7段式;矢量优选后能够实现理想状态下的共模电压恒定,抑制漏电流,但是O1和O2的作用时间不同,飞跨电容在控制周期内无法实现充放电自平衡;所以要人为调制O状态的分布,调整后的开关序列:A相中O1作用时间为(t0/2),O2的作用时间为(t0/2);B相中O1作用时间为(t0/2+t2/2),O2的作用时间为(t0/2+t2/2);B相中O1作用时间为(t0/2+t1/2),O2的作用时间为(t0/2+t1/2),从而实现飞跨电容电压自平衡;

优化后的调制信号为:

6.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的飞跨电容并网逆变器控制方法,其特征在于:所述步骤6的具体步骤如下:所述调节因子D计算公式如下:

首先建立电容电压预测模型:

VCx(k+1)=VCx(k)+(0.5+D)t0s+‑(0.5‑D)t0s‑         (11)同时定义电容电压变化率S+和S‑,数值上相等:

其中,Ix(x=a,b,c)为相电流,C为飞跨电容容值;为控制飞跨电容电压在一个开关周期内稳定为Vdc/2,定义飞跨电容电压代价函数为:利用拉格朗日倒数法求解调节因子D:

得调节因子D的表达式为:

以Ⅰ扇区为例说明调节因子引入后对开关序列的调整:调节因子D调节的是零矢量引入的O状态的相对占空比,对于A相来说,需要在Sa1中引入D/2的占空比调整量,在Sa2中同样引入D/2的占空比调整量;针对A相引入调节因子的时候,不应该引起B相和C相的矢量时间变化;对于B相和C相引入调节因子时,也是同样考虑;

采用调制波与锯齿波比较的方式产生门级触发脉冲,为简化发波形式,采取12路同时触发的形式,三相使用相同的调制信号;开关对称引入调节因子D,前后两端各引入D/4,对于B相和C相,通过左移或右移D/4,就能够保持相同的触发顺序,且保持充放电自平衡;

将调节因子D引入调制信号,以A相为例,如下所示: