[发明专利]用于两电平三相逆变器的定频有限集模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种用于两电平三相逆变器的定频有限集模型预测控制方法，该方法在传统有限集模型预测控制方法上做出改进，将每个真实离散电压矢量等分为N份，并通过这8N份参考电压矢量合成虚拟电压矢量，最优虚拟矢量不是通过虚拟矢量表遍历得到，而是通过参考电压矢量在一个60°坐标系中实时计算得到，将得到的最优虚拟矢量乘以所处扇区的唯一求时间矩阵，则计算出真实开关矢量的作用时间以及在一个开关周期中的占比，这个占比一定是1/2N的整数倍，该占比通过PWM调制器产生开关切换信号，实现固定的开关频率，同时提升控制精度。

技术领域

本发明涉及电力电子变流技术、智能控制和两电平三相逆变器的技术领域，尤其是指一种用于两电平三相逆变器的定频有限集模型预测控制方法。

背景技术

传统有限集模型预测控制在一个开关周期内只作用一个真实开关矢量，而真实开关矢量与参考电压矢量不可能完全相等，必然存在着误差，这个误差最终会反映到输出电流上，而要尽可能的消除误差，则必须要提高采样频率，但是采样频率的提升会导致开关损耗的增大，这就产生了一对矛盾。此外，由于相邻的两个开关周期之间控制没有相关性，因而传统有限集模型预测控制的变换器具有开关频率不固定的缺点。

目前解决有限集模型预测控制开关频率不固定的问题主要有两种方法，一种是利用调制技术，在有限集模型预测控制率中计算出占空比，然后用调制器产生通断信号。这种方法虽然实现了固定的开关频率，但是往往仍需要计算多个预测量，计算量大。另一种方法是调整目标函数，在目标函数中加入对开关频率的考量。这种方法简单而有效，同时保留了快速性，但是需要采样频率比参考开关频率大得多，大大增加了硬件的负担。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种用于两电平三相逆变器的定频有限集模型预测控制方法，该方法在传统有限集模型预测控制方法上做出改进，将每个真实离散电压矢量等分为N份，并通过这8N份参考电压矢量合成虚拟电压矢量，最优虚拟矢量不是通过虚拟矢量表遍历得到，而是通过参考电压矢量实时计算得到，将得到的最优虚拟矢量乘以所处扇区的唯一求时间矩阵，则计算出真实开关矢量的作用时间以及在一个开关周期中的占比，这个占比一定是1/2N的整数倍，该占比通过PWM调制器产生开关切换信号，实现固定的开关频率，同时提升控制精度。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：用于两电平三相逆变器的定频有限集模型预测控制方法，包括以下步骤：

S1、利用电流霍尔传感器分别采样三相输出电流(i_a、i_b、i_c)，并转换为数字信号；

S2、根据设定的参考电流幅值得到当前时刻的三相参考电流瞬时值(i^*_a、i^*_b、i^*_c)；

S3、完成步骤S1和S2后，将得到的采样值和参考值利用坐标变化从三相ABC坐标系转换到αβ坐标系中，得到αβ坐标系中的采样电流值i_α(k),i_β(k)和参考电流值i^*_α(k+1),i^*_β(k+1),其中i表示电流量，下标α和β分别表示在αβ坐标系中对应的α坐标和β坐标，上标*表示该值为参考量，k和k+1分别表示第kT_s时刻和第(k+1)T_s时刻，T_s为开关周期；

S4、依据无差拍控制原理，得到使(k+1)T_s时刻输出电流等于参考电流的参考电压矢量(U^*_α(k+1),U^*_β(k+1))，其中U表示电压量；