[发明专利]带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法

说明书

本发明公开的带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，以输入滤波器、精简矩阵变换器前级变换器、变压器、后级可控整流桥以及负载模型为基础，采样网侧输入电压、电流、精简矩阵变换器整流级输入侧电压和输出电流，构建精简矩阵变换器系统数学模型并离散化，以输入无功和输出电流误差为目标函数，寻出最优开关状态，采用正负脉冲交替分配模式解决变压器偏磁问题，实现精简矩阵变换器带偏磁抑制的模型预测控制。本发明实现RMC模型预测控制，使RMC即使在电源和负载扰动条件下仍能获得控制目标性能提高RMC抗扰性；本发明仅通过调整脉冲序列，利用算法就能完全消除模型预测控制下RMC变压器偏磁问题。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法。

背景技术

精简矩阵变换器(Reduced Matrix Converter，RMC)是一种新型功率变换器，RMC拓扑如图1所示，它是由输入滤波器、RMC整流级、高频变压器、可控整流桥构成。RMC整流级完成了电网三相交流电压到正负交变的高频脉冲电压的转换，实现了三相到单相交-交变换，前级正负脉冲电压经高频变压器耦合到后级经整流成直流。与传统AC/DC-DC/AC-AC/DC三级变换器相比，RMC省去了中间DC/AC环节，简化了硬件电路，提高了转换效率。RMC还具有如下性能：1)输入电流正弦，可实现输入单位功率因数；2)具备能量双向流动功能，能够实现四象限运行；3)前后级通过变压器隔离，便于系统集成；4)直流侧无需储能电容，体积小，结构简单紧凑。

但是，RMC传统调制策略为近似开环控制，供电电源扰动会传到负载侧，负载扰动会影响输入性能。而模型预测控制以输入和输出性能为约束，能消除输入和输出扰动影响，始终获得优良输入输出性能。但模型预测控制缺陷之一是开关频率不固定，此策略控制下RMC变压器器因随机开关频率而存在偏磁饱和问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，不仅能提高精简矩阵变换器的抗扰性，而且能解决变压器偏磁问题。

本发明所采用的技术方案是：带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，以输入滤波器、精简矩阵变换器前级变换器、变压器、后级可控整流桥以及负载模型为基础，采样网侧输入电压、电流、精简矩阵变换器整流级输入侧电压和输出电流，构建精简矩阵变换器系统数学模型并离散化，以输入无功和输出电流误差为目标函数，寻出最优开关状态，采用正负脉冲交替分配模式解决变压器偏磁问题，实现精简矩阵变换器带偏磁抑制的模型预测控制

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1：建立精简矩阵变换器前后级开关数学模型；

步骤2：建立精简矩阵变换器前后级所有开关状态表；

步骤3：在步骤1的基础上，离散化精简矩阵变换器数学模型；

步骤4：在步骤1至步骤3的基础上，建立以输入无功功率和输出电流误差为目标函数的品质函数；

步骤5：在步骤1至步骤4的基础上，考虑变压器偏磁的脉冲序列分配：采用正负脉冲交替分配模式，解决传统模型预测控制随机开关状态导致的变压器偏磁问题。

步骤1具体为：

精简矩阵变换器前级变换器数学模型描述了精简矩阵变换器输入侧电压电流u_e，i_e与直流侧电压电流u_dc，i_dc的关系，其开关矩阵模型如下：