[发明专利]矢量扇区定位方法、局部寻优模型预测控制方法及装置

说明书

本发明公开了矢量扇区定位方法、局部寻优模型预测控制方法及装置，通过建立详细的预测模型在实现控制输出电流的同时，可以实现直流侧中点电位以及各相悬浮电容电压的控制，同时针对传统模型预测控制进行全局寻优时存在计算量大，难以硬件实现的问题，本发明利用提出的矢量扇区定位方法提前判断参考电压在输出电压矢量图中所处的三角区域，在目标三角形区域中进行代价函数判断，将一个全局寻优问题化为一个在参考区域内的局部寻优问题。本发明在实现多个输出变量控制的前提下，大幅减小了系统计算负荷，节约计算资源，减小算法控制的延迟，该方法控制下的五电平逆变器具有良好的输出效果。

技术领域

本发明属于多电平逆变器控制技术领域，尤其涉及一种五电平并网逆变器的矢量扇区定位方法、局部寻优模型预测控制方法及装置。

背景技术

逆变器作为一种能量转换的接口，是电力并网、电机变频调速等领域的关键部件。然而随着电力系统的发展，传统两电平逆变器逐渐无法满足大容量、高质量的并网需求。五电平逆变器不仅输出电压、电流的畸变率更小，而且限制了dv/dt，同时五电平逆变器需要更小的滤波电感，极大地减轻了系统重量和体积，在新能源并网、轨道交通、高压输配电等领域，极具应用价值。

模型预测控制作为一种新型的控制方法，通过建立系统离散数学模型和预测模型，评估代价函数使预测量跟踪参考量，以达到预期的控制目标。模型预测控制简单，响应迅速并且可实现多目标优化，目前已经广泛应用在大功率的变流器中。但是将传统的模型预测控制应用到五电平有源中点钳位型逆变器的控制中，每个采样周期需要计算8^3＝512次，消耗了大量的计算资源，增大了系统延迟。

发明内容

根据现有技术的不足,本发明提供一种矢量扇区定位方法、局部寻优模型预测控制方法及装置，通过提出一种矢量扇区定位方法预先判断参考电压矢量在输出电压矢量图中的小三角形区域，将寻优区域缩小至1/96，大大减小了预测控制带来的计算量，减小控制延迟。

本发明提供了一种矢量扇区定位方法，该方法具体步骤如下：

获取参考矢量在两相旋转坐标系下的相角，判断出参考矢量所在的大扇区；

将参考矢量在两相旋转坐标系下的分量进行gh坐标变换，确定出其所在大扇区中的表交界区域或菱形区域；

若参考矢量处于表交界区域，则直接得出参考矢量在矢量图中所处的小三角形区域；

若参考矢量处于菱形区域，则通过参考矢量的平移定位方法，判断出参考矢量在矢量图中所处的小三角形区域；

所述参考矢量是由逆变器输出的三相参考电压在两相旋转坐标系下的分量构成。

优选的，所述大扇区中的表交界区域或菱形区域的判断方法为：

将参考矢量在gh坐标系下的分量对矢量图中单位长度取整，确定出其所在大扇区中的菱形区域或表交界区域，其中表交界区域是指矢量图最外围的独立小三角区域。

优选的，所述参考矢量的平移定位方法为：

将参考矢量在gh坐标系下的分量对矢量图中单位长度取余，即可将目标菱形区域平移至矢量图的中心菱形区域；

根据中心菱形区域中的两个三角形的边界条件，确定出参考矢量位于目标菱形区域中的小三角形区域。

该发明还包括一种局部寻优模型预测控制方法，该方法适用于五电平并网逆变器，具体步骤如下：

通过建立数学模型，进行离散化处理，得出逆变器输出电流的预测模型；所述数学模型为五电平有源中点钳位型逆变器并网过程的模型；所述预测模型为用变量当前采样时刻的采样值预测被控变量下个采样时刻的输出值；

根据给定的逆变器输出电流的参考值构建dq矢量并进行矢量运算，计算出逆变器输出的电压参考矢量；