[发明专利]带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法

权利要求书

1.带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，其特征在于，以输入滤波器、精简矩阵变换器前级变换器、变压器、后级可控整流桥以及负载模型为基础，采样网侧输入电压、电流、精简矩阵变换器整流级输入侧电压和输出电流，构建精简矩阵变换器系统数学模型并离散化，以输入无功和输出电流误差为目标函数，寻出最优开关状态，采用正负脉冲交替分配模式解决变压器偏磁问题，实现精简矩阵变换器带偏磁抑制的模型预测控制；具体按照以下步骤实施：

步骤1：建立精简矩阵变换器前后级开关数学模型；

步骤2：建立精简矩阵变换器前后级所有开关状态表；

步骤3：在步骤1的基础上，离散化精简矩阵变换器数学模型；

步骤4：在步骤1至步骤3的基础上，建立以输入无功功率和输出电流误差为目标函数的品质函数；具体为：

输出电流预测参考值的误差表达式如下：

其中，上标“*”代表参考值，为k+1时刻预测电流；

网侧瞬时无功功率与其参考值的误差表达式如下：

其中，0是瞬时无功功率参考值，和分别为采样输入三相电压、电流经输入侧离散化模型预测所得两相静止坐标系下k+1时刻输入电压、电流的实部和虚部；

综合式(7)和式(8)，得到品质函数的表达式如下：

其中，λ为权重因子；

步骤5：在步骤1至步骤4的基础上，考虑变压器偏磁的脉冲序列分配：采用正负脉冲交替分配模式，解决传统模型预测控制随机开关状态导致的变压器偏磁问题；具体过程是：每个开关周期分成两个相等的半周期，前半个开关周期时，精简矩阵变换器前级变换器为模型预测控制选择的开关状态矢量，后半个开关周期时，控制矢量为前半个周期方向相反的矢量，即前后半个周期状态下同一桥臂导通开关上下桥臂互换，使得每一个开关周期内精简矩阵变换器整流级的输出电压由两部分组成，两部分电压幅值相等方向相反，从而确保高频变压器原边电压始终为正负交变脉冲，解决变压器偏磁问题。

2.如权利要求1所述的带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

精简矩阵变换器前级变换器数学模型描述了精简矩阵变换器输入侧电压电流u_e，i_e与直流侧电压电流u_dc，i_dc的关系，其开关矩阵模型如下：

其中，S_ap、S_an、S_bp、S_bn、S_cp、S_cn均为精简矩阵变换器整流级开关；

后级可控整流桥的开关数学模型如下：

u₀＝u₁(S₁-S₃) (3)

i₀＝i₁(S₁-S₃) (4)

其中，u₀和i₀为输出电压和电流，u₁和i₁为变压器副边电压和电流，S₁、S₃均为后级可控整流桥的开关状态。

3.如权利要求2所述的带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：根据精简矩阵变换器整流级输出侧不能短路，输入侧不能开路的原则，精简矩阵变换器整流级三相桥臂共有九种开关状态组合，为了增大电压传输比，去除三种零矢量，只考虑有效矢量，如表1所示中的六种开关状态：

表1：

表1中，1表示开通，0表示关断；

后级可控整流桥列出了后级全桥整流的两种开关状态，如表2所示：

表2：

表2中，S₁、S₂、S₃、S₄均为后级可控整流桥开关，1表示开通，0表示关断。

4.如权利要求1所述的带偏磁控制的精简矩阵变换器模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

网侧相电流和精简矩阵变换器整流级输入侧相电压的离散化形式为：

其中，和分别表示第k时刻和k+1时刻整流级输入侧相电压值，和分别表示第k时刻和k+1时刻网侧相电流值，表示第k时刻整流级输入侧相电流值，表示第k时刻网侧相电压值；C_f、L_f和R_f分别表示输入滤波器的容值、感值和等效电阻阻值，T_s为开关周期；C和D为网侧相电压和RMC整流级输入侧相电压离散形式的系数矩阵；A和B为输入滤波参数组成的因子矩阵；系数矩阵中C_ij、D_ij用于计算一个采样周期后离散系统对应的变量的预测值(i＝1，2；j＝1，2)；I_2*2为两行两列的单位矩阵；

负载模型的离散化表达式为：

其中，和分别表示第k时刻和k+1时刻系统输出电流值，表示第k时刻系统输出电压值，L₁和R₁表示负载的感值和阻值。