[发明专利]基于小信号脉冲模式优化的模型预测脉冲模式控制

说明书

一种用于控制电气转换器系统(10)的方法包括：确定在未来采样时刻范围内的标称脉冲模式(t^*_p,i,Δu^*_p,i)和电气转换器系统(10)的至少一个电量的参考轨迹(x^*)，其中标称脉冲模式(t^*_p,i,Δu^*_p,i)和参考轨迹(x^*)从经优化的脉冲模式表确定，标称脉冲模式(t^*_p,i,Δu^*_p,i)包括电气转换器系统(10)的电气转换器(12)的输出电压之间的切换转变(Δu^*_p,i)，并且参考轨迹(x^*)指示转换器系统(10)的电量的期望的未来发展；通过使成本函数最小化来确定小信号脉冲模式成本函数包括小信号误差，小信号误差基于参考轨迹(x^*)和经预测的轨迹(x)的差，其中小信号脉冲模式的脉冲强度(λ_p,i)在标称脉冲模式(t^*_p,i,Δu^*_p,i)的每次切换转变处对电压‑时间值进行编码，并且其中经预测的轨迹(x)从转换器系统(10)中的测量值(i,v_c,i_g)和转换器系统(10)的模型在范围内确定，标称脉冲模式(t^*_p,i,Δu^*_p,i)和小信号脉冲模式的总和被输入到模型中；通过移动标称脉冲模式(t^*_p,i,Δu^*_p,i)的切换转变来确定经修改的脉冲模式(t_opt,p,i,Δu_p,i)，其中切换转变被移动时间间隔，使得时间间隔乘以切换转变的方向等于脉冲强度(λ_p,i)在标称切换转变处进行编码的电压‑时间值；以及将至少经修改的脉冲模式(t_opt,p,i,Δu_p,i)的下一切换转变应用于电气转换器系统(10)。

技术领域

本发明涉及电气转换器的控制领域。具体地，本发明涉及一种用于控制电气转换器系统的方法、计算机程序、计算机可读介质和控制器。附加地，本发明涉及一种电气转换器系统。

背景技术

经优化的脉冲模式(OPP)特别适合于中压转换器，因为它们在低切换频率下具有低总谐波失真(THD)。为了实现快速闭环控制并且抑制干扰，模型预测控制(MPC)方法在电力电子应用中很有前景。具体地，模型预测脉冲模式控制(MP³C)可以被看作是MPC原理对OPP控制问题的适应。MP³C通过操纵OPP的切换时刻来控制电机沿其标称轨迹的定子磁通向量。例如，EP 2 469 692A1描述了这种方法，其中经优化的脉冲模式的切换时刻被修改以减少磁通误差。

然而，MP³C通常只适用于一阶系统，诸如电机。针对这些，正交坐标系中的定子通量是施加的转换器电压的积分(当忽略由于定子电阻引起的电压降时)。在考虑高阶系统时，诸如具有LC滤波器的转换器，MP³C的内部模型可能无法捕获功率转换器电路的谐振行为。为了考虑这一点，MP³C可能需要在其成本函数中增加附加阻尼项，或者外部阻尼环必须被添加。虽然这些方法在稳态操作期间可能有效，但在大瞬态期间的性能可能相当差。更具体地，为了避免过于强烈地激发滤波器谐振，较大的参考阶跃变化可能必须由斜坡限制器滤波，从而导致缓慢的阶跃响应。

WO 2016/134874 A1涉及经优化的脉冲模式的切换时刻的时移。时移是利用模型预测控制完成的，其中基于通量误差的目标函数被最小化。

以下文章涉及基于模型预测控制的转换器控制，并且提及了优化问题的线性化：