[发明专利]一种ANPC三电平逆变器及其模型预测控制方法

权利要求书

1.一种ANPC三电平逆变器，包括三相桥臂，其特征在于：所述相桥臂包括六个IGBT，其中四个串联的IGBT连接直流母线的正极和负极，两个串联的IGBT实现中点箝位功能，各桥臂的输入端连接直流电压源，中点连接至直流侧分压电容的中点O，各个IGBT由驱动电路控制其开关动作，输入直流电源连接两个分压电容，两个电容的中点与ANPC三电平逆变器的中点相连接，滤波器为三相LC滤波电路，控制电路包括DSP+CPLD主控制器、驱动电路、信号采样及调理电路，DSP芯片负责电压和电流信号采样、矢量作用时间的计算，CPLD用于分配PWM信号，传递给驱动电路驱动ANPC三电平逆变器；采样直流侧分压电容的电压、逆变器三相输出电流、三相输出电压，经信号调理电路后输入DSP控制器的AD转换模块；

所述ANPC三电平逆变器的模型预测控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据逆变器的模型，建立逆变器在abc坐标系的等效关系式；

步骤二、采用clarke变换，得到逆变器电网不平衡情况下在αβ坐标系下等效关系式，将给定电流和变换后的电流送入到价值函数中，对价值函数的电压矢量求导，得到最优的电压矢量，将最优矢量送入到空间矢量调制中；

步骤三、根据直流侧上电容电压、下电容电压，将上侧电容电压和下侧电容电压的差值和0比较，比较输出送入到重复控制器中，然后调整每相桥臂的转态转换时间，实现中点电位平衡控制；

步骤四、将各个矢量的作用时间转换成占空比，通过同相载波调制后生成PWM信号，经驱动电路控制IGBT的开通或关断；

所述步骤一中，检测电网电压和并网电流，根据基尔霍夫定律得到ANPC三电平逆变器系统的模型表达式；

所述步骤二中，为了计算简单，对abc轴的电压和电流采用clarke变换，得到ANPC三电平逆变器在电网不平衡情况下αβ坐标系等效关系式，然后求出α轴和β轴的电流表达式，将α轴和β轴的给定电流和求出的α轴和β轴的电流送入到价值函数中，对价值函数的电压矢量求导，得到最优的电压矢量，将最优的电压矢量送入到空间矢量调制中，进行中点电位平衡控制；

所述步骤二中，所述价值函数的选取采取向量机SVM机制，所述价值函数为G＝(i_α,ref-i_α)²+(i_β,ref-i_β)²，其中，i_α,ref、i_β,ref分别为α轴和β轴的给定电流，i_α,、i_β,分别为α轴和β轴的的电流；

所述步骤三中，当直流侧上电容电压高于下电容电压时，此时重复控制器的输出会增加P型小矢量作用时间，从而减少直流侧上侧电容电压，实现中点电位平衡控制；当直流侧上电容电压低于下电容电压时，此时重复控制器的输出会增加N型小矢量作用时间，从而减少直流侧下侧电容电压；

所述步骤四中，由开关状态确定IGBT的PWM信号，x(x＝a，b，c)相输出P状态时，Sx1、Sx2、Sx6开通；x相输出O状态时，Sx2、Sx3、Sx5、Sx6开通；x相输出N状态时，Sx3、Sx4、Sx5开通。