[发明专利]一种ANPC三电平逆变器及其模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种ANPC三电平逆变器，包括三相桥臂，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，该ANPC三电平逆变器及其模型预测控制方法，与传统控制方法相比，新型模型预测控制考虑电网不平衡的情况影响，不需要复杂的正负序分离和调节PI参数，控制简单，并网电流波形质量较好，能够固定开关频率，易于滤波器的设计，能够实现主动控制中点电位平衡的能力，中点电位波动大幅减小，在异常情况造成中点电位偏移时能够进行有效的抑制，可以应用于光伏发电系统等可再生能源发电领域。

技术领域

本发明涉及三电平逆变器技术领域，具体为一种ANPC三电平逆变器及其模型预测控制方法。

背景技术

与传统两电平逆变器相比，三电平逆变器具有开关损耗小和输出波形质量好等优点，在光伏发电和风力发电等分布式电压场合得到广泛应用。其中，二极管箝位(NPC)三电平逆变器由于控制简单是应用最为广泛的一种三电平拓扑。但是NPC三电平逆变器存在功率器件损耗不均的缺点，会造成部分开关器件发热较为严重而损坏，这大大缩短了NPC逆变器的寿命。

有源中点箝位(ANPC)三电平逆变器的出现解决了上述问题，被誉为光伏发电和风力发电变换器的新选择。而且，随着光伏发电和风力发电的大量接入电网，并网要求也逐渐增高。并网要求电网发生不平衡时，逆变器输出并网质量不变，传统的控制方法难以保证该要求。为了消除电网不平衡的影响急需一种新型控制方法实现高质量并网要求。

有源中点箝位(ANPC)三电平逆变器存在中点电位不平衡问题，传统方法采用PI控制器抑制中点电位不平衡，但是系统中需要调节大量的PI参数。为了解决该问题，急需一种新型控制方法，实现中点电位平衡控制。

因此，研究一种ANPC三电平逆变器控制方法具有重要意义。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种ANPC三电平逆变器及其模型预测控制方法，解决了有源中点箝位(ANPC)三电平逆变器存在中点电位不平衡问题，传统方法采用PI控制器抑制中点电位不平衡，但是系统中需要调节大量PI参数的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种ANPC三电平逆变器，包括三相桥臂，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。

优选的，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。

优选的，所述滤波器为三相LC滤波电路。

优选的，所述控制电路包括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。

优选的，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。

本发明还公开了一种ANPC三电平逆变器的模型预测控制方法，具体包括以下步骤：

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；