[发明专利]单相级联H桥变流器的无权重系数模型预测控制方法

权利要求书

1.一种单相级联H桥变流器的无权重系数模型预测控制方法，其特征在于，包括：

S1、基于开关函数构建二维控制区域；所述开关函数如下式(1)所示：

其中，级联H桥由N个单元串联构成，S_a为级联H桥左桥臂的开关函数总和，S_b为级联H桥右桥臂的开关函数总和，S_an为第n个单元左桥臂上部开关的开关状态，S_bn为第n个单元右桥臂上部开关的开关状态，两个开关状态满足S_an,S_bn∈{0,1}；所述S1步骤包括：以所述S_a为x轴，以所述S_b为y轴建立二维控制区域，二维控制区域内包含(N+1)²个开关对，对应4^N个开关状态；

S2、根据变流器输入电压，将二维控制区域划分成2N+2个子区域，N为单相级联H桥变流器级联单元总数；具体包括：根据变流器输入电压，将二维控制区域内具有相同的变流器输入电压矢量的开关对相连；

根据等势线将级联单元总数为N的单相级联H桥变流器划分成2N+2个子区域；

S3、将输入电压参考值所在的子区域确定为最优子区域，将最优子区域中的两个电压矢量分别对应的所有开关状态作为对应电压矢量的候选开关状态；所述的将输入电压参考值所在的子区域确定为最优子区域，包括：根据变流器输入电压由小到大的顺序依次对子区域进行编号，根据下式(2)得到输入电压参考值所在的最优子区域编号：

其中，z为最优子区域编号，floor(·)表示向下取整，为变流器输入电压参考值，v_d为单个单元电容电压；

S4、构造基于电流误差的代价函数，根据基于电流误差的代价函数，计算每个电压矢量对应的最优作用时间；所述的基于电流误差的代价函数如下式(3)所示：

其中，J_i(k)为k时刻电流误差代价函数，为k+1时刻网侧电流参考预测值；

i_s(k+1)为k+1时刻网侧电流预测值，计算公式如下式(4)：

其中，i_s(k)为k时刻网侧电流，t_ρ为第ρ个电压矢量的作用时间；

f_is,ρ为最优子区域内所选的第ρ个电压矢量对应的网侧电流变化率，如下式(5)所示：

其中，L_s为网侧等效电感，R_s为网侧等效电阻，v_s为网侧电源电压，i_s为网侧电流，v_in,ρ为第ρ个变流器输入电压；

S5、构造基于电压误差的代价函数，根据所述基于电压误差的代价函数，在两个电压矢量对应的候选开关状态中分别选择其对应的最优开关状态；包括根据基于电流误差的代价函数，计算每个电压矢量对应的最优作用时间，具体包括：

两个电压矢量中一个电压矢量v_in,1的最优作用时间根据下式(6)由令电流误差代价函数求导所得导数为0得出：

其中，J_i为电流误差代价函数，t₁为电压矢量v_in,1的作用时间；

另一个电压矢量v_in,2的最优作用时间根据下式(7)得出：

t₂＝T_s-t₁   (7)

其中，t₂为电压矢量v_in,2的作用时间，T_s为采样时间，即一个控制周期；

所述的基于电压误差的代价函数如下式(8)所示：

其中，J_v(k)为k时刻电压误差代价函数，为k+1时刻第n个单元的电容电压参考预测值，v_d,n(k+1)为k+1时刻第n个单元的电容电压预测值；

S6、将得到的两个电压矢量的最优作用时间和最优开关状态作为输出控制单相级联H桥变流器，包括：在两个电压矢量的候选开关状态中分别选择其对应电压误差代价函数最小的开关状态为最优开关状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的变流器输入电压根据下式(9)计算：

其中，v_d＝v_d,n(n＝1,2,...,N)为单个单元电容电压。