[发明专利]一种分立电感式并联交错逆变器的模型预测控制策略

说明书

本发明涉及分立电感式并联交错逆变器的模型预测控制策略，其特征是：针对分立电感式并联交错逆变器的每一相，在t时刻基于价值函数滚动寻优计算确定t+T_s时刻的相电压最优输出电平，并结合t时刻各桥臂电流的排序结果，确定t+T_s各桥臂的工作状态。本发明的有益效果是：无需设计PI控制闭环及调制算法即可实现分立电感式并联交错逆变器的交流侧电流跟踪及桥臂电流均衡，控制策略结构较为简单，易于工程实现；可向任意输出电平数拓展，不受并联桥臂数量N的制约；控制策略中采用的基于排序的桥臂输出电流均衡算法对不同桥臂电路结构的分立电感式并联交错逆变器均通用，可有效均衡各桥臂的输出电流，保证系统安全稳定运行。

技术领域

本发明涉及多电平电力电子变换器领域的控制技术，具体涉及分立电感式并联交错逆变器的模型预测控制策略。

背景技术

在大功率新能源发电并网变换器应用领域，多电平变换器以谐波特性好、控制灵活等优点受到越来越广泛的关注。并联交错逆变器(Parallel-Interleaved Inverter，PII)是一种由并网逆变器多机并联结构衍生出的新型电压源型变换器拓扑，相当于将多台并网逆变器进行交错连接并实行统一控制，可有效解决并网逆变器多机并联时存在的零序环流问题。当PII采用分立电感进行桥臂并联时具有完全相同的模块化桥臂电路结构，这一特点使得分立电感式PII的容量可根据不同应用场合的电流、功率等级要求进行灵活调整，有利于统一并网变换器的基础结构；同时由于其各桥臂工作模式完全独立，非常易于实现桥臂故障的容错运行控制，具备较高的运行可靠性。得益于上述技术优势，分立电感式PII在新能源发电领域具备较大的应用潜力。

通过检索现有文献发现，《IEEE Transactions on Power Electronics》上发表了“Flux-Balancing Scheme for PD-Modulated Parallel-Interleaved Inverters(载波层叠调制下并联交错逆变器的磁通平衡策略)”的文章，该文章针对桥臂为两电平半桥结构的耦合电感式PII提出了一种载波层叠调制算法，并进一步设计控制策略解决了载波层叠调制作用下各桥臂耦合电感的磁通饱和问题。该策略可以对耦合电感式PII进行有效的桥臂均流控制并获得良好的交流侧输出电压，但由于分立电感式PII各桥臂采用分立电感进行并联，较耦合电感式PII而言在桥臂间不存在差模阻抗，因此该方法对分立电感式PII并不适用，难以实现分立电感式PII的桥臂电流均衡；此外，该策略的实现方式较为复杂，仅通过调制算法实现了桥臂均流及交流侧电压的控制，对于交流侧电流的控制仍需加入有效的控制策略才能实现，系统控制结构较为复杂，控制参数难以整定。

《IEEE Transactions on Industrial Electronics》上发表了“ModelPredictive Control for Power Converters and Drives:Advances and Trends(功率变换器与电机驱动的模型预测控制：发展与趋势)”的文章，该文章对目前用于电力电子变换器的模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)策略进行了综述，表明MPC策略用于电力电子变换器的控制时具备动态特性好、便于实现多目标控制、易于数字实现等优点。但MPC策略用于包括PII在内的多电平变换器时，由于待选开关状态数量普遍较多，在各个采样周期内算法需要执行的寻优计算次数过多，运算量非常大，难以在现有通用数字控制器中实现。目前，尚未有文献针对分立电感式PII的MPC策略进行设计与分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种分立电感式并联交错逆变器的模型预测控制策略，在保证交流侧电流控制、桥臂电流均衡控制满足系统运行要求的前提下，降低了实现控制策略所需的计算量，提高了MPC算法用于分立电感式PII控制的实用性。