[发明专利]一种矩阵变换器的预测控制方法及装置

说明书

本发明提供一种矩阵变换器的预测控制方法及装置。所述方法包括：S1，获取第一采样时间点的第一电压集合和第一电流集合，所述第一电压集合包括电网电压和滞后电压，所述电网电压和滞后电压通过扩张状态观测器获取；S2，根据所述第一采样时间点的第一电压集合和第一电流集合，获取代价函数；S3，获取使得所述代价函数值最优的第一开关状态，将所述第一开关状态作为第二采样时间点的开关状态。本发明提供的方法及装置，在实现矩阵变换器系统控制目标的情况下，通过扩张状态观测器获取电网电压和滞后电压,去除了采集电网电压的传感器，节约了系统成本。

技术领域

本发明涉及电力领域，更具体地，涉及一种矩阵变换器的预测控制方法及装置。

背景技术

目前，随着电力电子技术的迅猛发展，出现了许多新型的电源转换器，在诸多的交-交变换器中，矩阵变换器可以实现所有交流参数(相数、相位、振幅、频率)的变换，并以其特有的优势吸引了大批学者的关注。与传统的变换器相比，矩阵变换器具有以下的优点：不需要中间直流储能环节、能够四象限运行、电源设计紧凑、具有优良的输入电流波形和输出电压波形、能量可双向流动、体积小、重量轻以及可自由控制输入功率因数等。

由于矩阵变换器没有中间储能的电解电容，所以其寿命较长，可以广泛地应用于航空航天、军事和医疗等对体积和重量有较高要求的领域。但同时，由于矩阵变换器缺少中间储能环节，因此其输入侧与输出侧直接耦合，各个内在变量更易受到外界扰动的影响。电网中大量非线性负载的存在或短路故障的发生会导致电网电压不平衡，为了抑制电网电压不平衡对矩阵变换器系统输入输出特性的影响，提出了许多控制方法。整个矩阵变换器系统的控制目标可以表述为：在输入侧，得到优良的输入电流波形以及工作在单位功率因数的能力；在输出侧，得到平衡的输出电流。

在不平衡输入电压情况下，矩阵变换器系统现有的预测控制方法都是从输入电流给定的角度来实现输入侧的控制目标。常用的三种控制策略为瞬时单位功率因数策略(IUPF)、正序分量策略(PS)和有功波动补偿策略(APOC)。

其中，瞬时单位功率因数策略(IUPF)不对输入电压进行正负序分解，直接选取输入电流参考的相位与输入电压的相位一致来实现输入电流参考给定，以牺牲输入电流波形质量的代价来实现输入侧工作在单位功率因数。

正序分量策略(PS)是在对输入电压进行正负序分解的基础上，选取输入电流矢量参考值与输入电压矢量的正序分量相位一致，由于输入电压矢量中的负序分量导致输入功率中含有交流脉动成分，因此直接影响矩阵变换器的输出性能。

有功波动补偿策略(APOC)首先对输入电压进行正负序分解，在此基础上分别计算输入电流参考对应的正序与负序分量，然后将其正负序分量相加得到输入电流参考，虽然该方法解决了输入电流波形差，输入有功脉动的问题，但是使用时需要进行正负序分解，在每个采样周期都要在代价函数中计算输入电流的给定值，计算量较大。

上述三种方法都需要设计锁相环来检测输入电压的相位，这在一定程度上增加了算法的计算量；并且上述三种方法都需要采集多个变量的信息，运行成本较高。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的对于矩阵变换器的预测控制中变量采集繁琐，使用时需要正负序分解，在每个采样周期都要在评价函数中计算输入电流的给定值，计算量较大的问题，提供一种矩阵变换器的预测控制方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种矩阵变换器的预测控制方法，该方法包括：S1，获取第一采样时间点的第一电压集合和第一电流集合，所述第一电压集合包括电网电压和滞后电压，所述电网电压和滞后电压通过扩张状态观测器获取；S2，根据所述第一采样时间点的第一电压集合和第一电流集合，获取代价函数；S3，获取使得所述代价函数值最优的第一开关状态，将所述第一开关状态作为第二采样时间点的开关状态。

具体的，步骤S1所述第一电压集合还包括输入电压和输出电压，所述第一电流集合包括输出电流、输入电流和电网电流。