[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

说明书

本发明提供了一种单相级联H桥变流器的无权重系数模型预测控制方法，包括：基于开关函数构建二维控制区域；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；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；构造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；构造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；将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。本方法可避免控制器参数整定与重调过程，控制结构简单，减少了算法执行时间。

技术领域

本发明涉及电力电子与变流器控制技术领域，尤其涉及一种单相级联H桥变流器的无权重系数模型预测控制方法。

背景技术

级联H桥变流器是多电平变流器的主要拓扑结构之一，具有交流输出电压谐波畸变率低、电磁环境好、模块化程度高和易于扩展等优点，广泛应用于牵引传动、光伏发电以及风力发电等中、高压大功率场合。

级联H桥变流器的主要控制目标是实现电网侧电流快速跟踪和直流侧电容电压的均衡控制。传统的控制策略包括PI控制和滞环控制等，其中，PI控制策略的参数整定复杂、系统动态响应速度慢，且PI控制器的延时致使电流跟踪存在稳态误差；滞环控制策略的设计简单，瞬态性能好，但其缺点在于：开关频率不固定，可控性差，谐波频谱较宽，后级滤波器设计难度大。近年来，预测控制策略因其模型宽容度高、稳定性好，以及动态响应快等优势，得到了广泛应用，如无差拍控制、模型预测控制；无差拍控策略制虽然精度高，但不包括约束条件；模型预测控制可处理多变量、有约束的问题，在功率变换器控制领域具有较好的发展前景。

模型预测控制根据系统模型预测系统未来输出状态，以预测输出与期望输出的偏差构建代价函数，利用最小化代价函数获得当前的最优控制策略，有效地克服了系统参数的不确定性，在负荷波动或系统参数改变时也具有较好的鲁棒性。当涉及多个控制目标时，应在模型预测控制中引入权重系数平衡各变量跟踪性能，实现多目标性能的均衡控制。对于级联H桥变流器，需要利用权重系数在网侧电流和电容电压间进行权衡。由于权重系数的大小对变流器的结构参数依赖性较大，其设计与调整过程会占据大量时间，所以提出了采用电流与电压标称值之比表示，以提高算法运算速度。在电机驱动系统转矩控制研究中，提出了无权重系数的模型预测控制策略。但由于级联H桥的开关个数较多，导致基于模型预测控制策略较为复杂且响应速度较慢。同时，由于需要对网侧电流和直流电压进行控制，传统预测控制通常在代价函数中引入权重系数，而该设计过程需要花费大量时间，且当系统参数或者工作状态变化时，还需要对权重系数进行二次设计，增加了控制器难度。

因此，需要一种可以在避免了权重系数的引入的前提下，提高系统控制精度和响应速度，以及在系统参数变化时提高的系统控制精度和鲁棒性的方法。

发明内容

本发明提供了一种单相级联H桥变流器的无权重系数模型预测控制方法，以解决现有技术问题中存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本实施例提供了一种单相级联H桥变流器的无权重系数模型预测控制方法，包括：

S1基于开关函数构建二维控制区域；

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；

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；

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；

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；