[发明专利]三电平SNPC变流器系统及两段式模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种三电平SNPC变流器系统及两段式模型预测控制方法，系统包括公共模块和独立模块，所述公共模块包括串联连接的四个开关管，所述四个开关管的中点与直流侧电容中点连接；所述独立模块包括并联连接的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联连接的开关管，各相桥臂中点经滤波器与交流负载连接。方法包括：将采样得到的网侧电压和电流作为控制系统的输入，经模型预测控制算法处理后，预测出下一时刻的参考电压值。基于双矢量进行两段式矢量调制，实时合成预测得到的参考电压值，输出PWM控制信号。本发明使用两段式模型预测控制的方法，可以提高输出电流的电能质量；模型预测控制准确预估下一时刻的电压值，降低控制器延时对系统的不利影响。

技术领域

本发明涉及三电平SNPC变流器技术领域，尤其涉及一种三电平SNPC变流器系统及两段式模型预测控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

三相多电平变流器被广泛应用于电机驱动、光伏发电、电池储能系统和不间断电源等领域。传统三相多电平变流器的三相桥臂间相互独立，因此需要更多的有源开关和无源二极管。

另外，在功率变换器控制中，模型预测控制(MPC)因其具有的优点成为一种新兴的非线性控制技术，得到了广泛的关注，如多目标优化、快速动态响应命令等。然而，传统的模型预测控制一般只用一个矢量，开关损耗小，运行速度快，却也存在中点电压震荡和电流纹波大等问题。

因此基于三电平SNPC变流器系统，研究一种兼顾电能质量和系统效率的有效方案意义重大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种三电平SNPC变流器系统及两段式模型预测控制方法，可以有效实现中点电位平衡的控制，消除中点电压震荡，明显提高输出电流电能质量。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种三电平SNPC变流器系统，包括公共模块和独立模块，所述公共模块包括串联连接的四个开关管，所述四个开关管的中点与直流侧电容中点连接；所述独立模块包括并联连接的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联连接的开关管，各相桥臂中点经滤波器与交流负载连接。

作为进一步地方案，通过不同的开关组合，所述公共模块通过直流电压源和电容器产生三种电平，所述公共模块输出的正负两端的电压，连接到后面的独立模块上。

作为进一步地方案，所述三种电平具体为0、其中，V_d縘为直流电源的幅值。

作为进一步地方案，不同的开关组合与输出电压的关系具体为：

作为进一步地方案，记为P状态，电平0为O状态，为N状态；

在第1种开关组合下，逆变器的输出电压只会是P和O的组合，合成的只有小矢量和零矢量PPP，且对直流侧上端电容是放电作用，记为正小矢量；同理，在第4种开关组合下，逆变器的输出电压只会是N和O的组合，合成的只有小矢量和零矢量NNN，且对直流侧上端电容是充电作用，记为负小矢量；

在第2种开关组合下，逆变器的输出电压只会是P和N的组合，合成的只有大矢量；

在第3种开关组合下，逆变器的输出电压只有零矢量OOO。

作为进一步地方案，所述开关管为IGBT管。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种三电平SNPC变流器的两段式模型预测控制方法，包括：

将采样得到的网侧电压和输出电流为输入信号，经模型预测控制算法处理后，预测出下一时刻的参考电压值；