[发明专利]适用于级联H桥变流器的模型预测控制策略方法和系统

说明书

本发明提供了适用于级联H桥变流器的模型预测控制策略方法和系统，包括：获取采样值和参数值，采样值包括变流器的子模块指令值和子模块实时值；根据子模块指令值和子模块实时值的差值得到差值排序结果，并预测下一时刻的输出电压指令值；将子模块实时值根据排序结果构建阶梯扇区，并划分子模块的工作状态；根据输出电压指令值和阶梯扇区得到斩波状态子模块电容电压指令值，并根据斩波状态子模块电容电压指令值选择斩波状态子模块的最终开关状态。本发明可以更加有效地实现对三相H桥级联变流器所有子模块的开关状态计算，极大地减少了算法执行时间和控制系统的复杂度。

技术领域

本发明涉及电力电子与自动控制技术领域，尤其是涉及适用于级联H桥变流器的模型预测控制策略方法和系统。

背景技术

高压大功率电力电子变流器的损耗通常来自于开关管的通态损耗与开关损耗，其中开关损耗是主损耗，为了提高系统效率，通常降低开关频率，如MW级变流器的开关频率通常被限制在1KHz左右，开关损耗的降低会造成一系列的不利影响，如系统低次谐波增加，稳定性下降，有功与无功电流之间产生交叉耦合等。

模型预测控制的主要特点在于它使用系统模型来预测控制变量未来的变化，根据预先定义的最优化准则，控制器将通过这些信息来确定最优的操作方式。模型预测控制的过程中通常需要求取不同开关状态下的系统输出，对于传统的两电平或三电平变流器而言，可能出现的开关种类较少计算量不高。随着变流器应用场合电压等级的升高，多电平变流器如H桥级联变流器与模块化多电平变流器得到了广泛的关注，然而多电平变流器内开关数量众多，如三相九电平级联H桥变流器的开关数量可达到1600000种以上，若逐个计算各种开关状态对应的系统输出响应显然是无法完成，有方案提出通过对开关状态进行筛选，减小系统的运算量，但是计算量依然与变流器内子模块数量成正比，不适用于子模块数量较多的场合。同时多电平变流器中含有大量的电容，工作过程中容易出现电容电压不均衡现象，危害系统稳定性，有方案提出通过在代价函数中增加若干项以维持电容电压均衡，但是代价函数构建复杂且权重系数设计较复杂。

综上所述，目前的现有技术缺少一种级联H桥变流器的模型预测控制策略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供级联H桥变流器的模型预测控制策略方法和系统，可以更加有效地实现对三相H桥级联变流器所有子模块的开关状态计算，极大地减少了算法执行时间和控制系统的复杂度。

第一方面，本发明实施例提供了适用于级联H桥变流器的模型预测控制策略方法，包括：

获取采样值和参数值，其中，所述采样值包括变流器的子模块指令值和子模块实时值；

根据所述子模块指令值和所述子模块实时值的差值得到差值排序结果，并预测下一时刻的输出电压指令值；

将所述子模块实时值根据所述排序结果构建阶梯扇区，并划分子模块的工作状态；

根据所述输出电压指令值和所述阶梯扇区得到斩波状态子模块电容电压指令值，并根据所述斩波状态子模块电容电压指令值选择所述子模块的最终开关状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述子模块指令值根据不同的系统环境进行获取，其中，所述系统环境包括光伏发电系统。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述子模块指令值和所述子模块实时值的差值得到差值排序结果，并预测下一时刻的输出电压指令值包括：

将所述子模块指令值和所述子模块实时值做差得到第一差值；

将所述第一差值通过排序算法比较大小得到所述排序结果；

根据当前时刻的所述采样值和所述参数值预测下一采样时刻的所述变流器的所述输出电压指令值，其中，所述当前时刻采样值还包括电网电压采样值、变流器输出电流采样值。