[发明专利]一种多步预测的变流器模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种多步预测的变流器模型预测控制方法，其具体步骤为：设置控制时域与预测时域长度，控制时域包含若干个控制周期，预测时域比控制时域多一个控制周期，按控制时域更新控制量；在当前控制时域的每一个控制周期内，采样系统状态，实施相应控制，逐步计算预测时域内的系统状态，根据最后预测的系统状态，采用模型预测控制算法寻优计算下一控制时域中对应的最优控制量；对下一控制时域内的全部控制量进行脉冲优化以降低开关频率；在下一个控制时域的控制周期内实施优化后的控制量。该设计方法采用增加预测时域但不增加寻优时域的策略来减少多步预测的计算量，通过构建控制时域并采用脉冲优化的策略来降低开关频率，改善了控制性能。

技术领域

本发明涉及一种变流器模型预测控制方法，特别涉及一种多步预测的变流器模型预测控制方法。

背景技术

变流器模型预测控制算法是变流器控制方法的研究热点，它基于模型预测控制理论，结合变流器自身的控制特点，采用预测模型进行计算，基于代价函数进行寻优，实现了变流器的综合优化控制。

在现有的变流器模型预测控制算法中，变流器有限控制集模型预测控制算法(finite control set model predictive control, FCS-MPC)针对变流器开关控制信号的离散特性，通过设计开关函数组合，并利用开关函数组合个数有限的特性，由变流器预测模型遍历计算全部开关函数组合分别作用下的系统状态预测值；通过构建代价函数来综合变流器系统的控制性能，并选择使代价函数最小的开关函数组合作用于变流器。FCS-MPC算法具有建模直观、控制直接、动态响应快、无需经典变流器控制结构中的PWM调制模块等优势，但也存在在线计算复杂、开关频率较高且不可控、难以实现经典模型预测控制理论中的多步预测计算等问题，这将导致算法保守且影响算法的抗干扰性，而较高的开关频率则增加了变流器的热损耗，降低了变流器的效率。

针对FCS-MPC算法多步预测的问题，已公开的方法主要包括：1、文献(一种多步预测的变流器有限控制集模型预测控制算法.中国电机工程学报,2012,32(33):37-44.)，采用三步预测计算，两步寻优计算的策略来降低算法的保守性，这种方法难以直接增加预测步数。2、文献(Model predictive direct current control: Formulation of thestator current bounds and the concept of the switching horizon. IEEE IndustryApplications Magazine, 2012, 18(2):47-59.)，是一种经典的多步模型预测控制算法。该算法基于外推法进行系统状态的预测计算，将预测时域组织成“S”、“E”两种状态，“S”是开关状态(switch)，“E”是外推状态(extrapolate)。在多步预测计算过程中，只有在“S”状态才进行寻优计算，而在“E”状态仅仅基于“S”状态的最优控制量计算系统响应，这两种状态的切换由状态量跟踪偏差的宽度决定，因此需折中考虑预测步数的长度与算法跟踪控制性能。3、文献(Long-horizon finite-control-set model predictive control withnonrecursive sphere decoding on an FPGA. IEEE Transactions on powerelectronics, 2020,35(7):7520-7531)，采用球解码算法结合FPGA并行计算硬件实现多步预测。

发明内容

为了解决现有变流器模型预测控制算法存在的上述技术问题，本发明提供一种易于实现、高效可靠的多步预测变流器模型预测控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：