[发明专利]一种模块化多电平逆变器的预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模块化多电平逆变器的预测控制方法。

背景技术

随着国家对新能源的重视程度不断增加，光伏产业近几年发展非常迅速，提高电能质量、减少谐波污染、提高发电系统的效率及功率是目前各种逆变器的重要参数。近几年高压输电技术越来越普及，高压输电成为一种大势所趋。传统提高系统耐压的方法是选择耐高压的器件作为变换器的开关管，这样虽然能提高系统耐压，但提升空间有限，而且容易造成系统的不稳定，因此选择其他方法增加系统耐压异常重要。

模块化多电平变换器采用多个模块级联的方法，通过此方法有效的解决了开关器件耐压的问题，通过将每个模块的电压级联并用正确的控制方法即可实现大范围的电压和功率应用问题。此种变换器由于高度的模块化，因此可以实现系统的可伸缩性。目前高压输电分为高压直流和高压交流输电，而这种变换器不仅能够应用于高压直流而且同样能够应用于高压交流输电中，而且此变换器能够通过改变调制策略使同一台设备分为处于整流或者逆变的不同模式，无论是高压直流还是高压交流输电，这种变换器都能在输电系统两端处于整流或者逆变的工作状态，所以这种变换器在国内外已经普遍投入使用。

模块化多电平变换器传统的控制策略是反馈信号通过PI调节或其他调节方式调节后送入SPWM产生驱动信号或者其他控制策略实现整流或者逆变功能，传统的调制策略在逆变器工作过程中需要经过大量的运算才能满足输出要求，所以系统需要很长的时间经过复杂的计算才能输出满足要求的电流和电压波形，因此传统的调制方法的动、静态性能不好。而预测控制能够实现根据当前情况估计下一时刻系统需要投入的开关状态，从而实现电压和电流的精确控制。由于预测控制能精确的选择下一时刻系统所需要的开关状态，预测控制通过预测获得k+1时刻负载电流或者电压的参考值，通过选择开关状态令k+l时刻负载电流或电压准确跟踪上参考电流或电压，即以下一时刻跟踪误差为最小为前提，通过建立的系统线性模型预测出下一时刻的输出状态来实现逆变器的控制。基于这个假设，对任意的参考波形，这种控制方法都可以经过一个采样周期就完全跟踪上参考波形。因此预测控制能够提高系统的性能，并且实现电流和电压的高动态输出。

预测控制具有跟踪速度快，谐波小，开关频率固定等优点，被广泛应用到逆变器、整流器、有源滤波器、不间断电源的控制中。因此，研究一种适用于模块化多电平变换器的预测控制策略非常重要。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种模块化多电平逆变器的预测控制方法，该方法能够很好的解决系统的动、静态性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模块化多电平逆变器，包括输入电源，输入电源连接三相桥臂，每相桥臂包括上、下桥臂，且上下桥臂结构对称，均包括n个串联的子模块管和靠近中性点的电感，其中每个模块内包括两个串联的IGBT和一个与之并联的电容，每相桥臂的中性点经滤波器与电阻连接后并网。

所述滤波器为LC滤波电路，且其中的电容公共端接地。

所述中性点按照相分别标记为a、b和c。

所述输出电源分别为u_A、u_B和u_C。

一种模块化多电平逆变器的预测控制方法，包括以下步骤：

(1)对模块化多电平逆变器进行拓扑结构进行分析，建立拓扑模型；

(2)利用拉格朗日二次插值预测电流信号；

(3)考虑电阻的影响，利用后向差分，改写三相电压及电流变换到αβ坐标系下；

(4)进行二维向三维坐标的变换，将三相投入不同子模块的输出电压和与不同状态下ABC三相输出电压相比较，选择每相投入子模块数量；

(5)应用半桥臂子模块电容电压均衡原理，根据电流处于给子模块电容充电还是放电模式，选择相应的子模块投入系统。

所述步骤(1)中，(其中i＝a、b、c，I＝A、B、C)，L₁为LCR滤波器的电感大小，R为电阻大小。

所述步骤(1)中，由于三相中每相上、下桥臂都有一个电感L_arm所以，