[发明专利]NPC三电平逆变器最优序列模型预测控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种NPC三电平逆变器最优序列模型预测控制装置及方法。该装置包括NPC三相三电平逆变器、数字处理控制模块及驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、扇区预选单元、矢量作用时间计算单元、预测计算单元和调制单元。方法为：计算参考电压矢量并对预先生成的三矢量序列进行扇区选择；根据采样信息计算电流和中点电压的增量，计算矢量作用时间并进行修正；预测计算选择最优矢量序列及作用时间，由调制单元生成开关信号驱动NPC三相三电平逆变器工作。本发明硬件成本低、控制准确、适用范围广，能够实现对NPC三相三电平逆变器定开关频率并网控制，降低入网电流的总谐波畸变率，同时有效抑制直流侧中点电压的波动。

技术领域

本发明涉及电能变换装置的直流-交流变换器技术领域，特别是一种NPC三电平逆变器最优序列模型预测控制装置及方法。

背景技术

NPC(Neutral Point Clamped)三相三电平并网逆变器在分布式并网发电系统中起着能量转换接口的作用，其工作状态极大地影响了对入网的电能品质。目前应用于并网逆变的控制策略很多，主要有：PI控制、PR控制、滞环控制和模型预测控制，其中模型预测控制作为一种新兴的非线性控制方法，具有强鲁棒性、快速性、易于数字实现和多变量控制等优点，在多电平逆变器的并网控制中受到了广泛的关注。

然而，传统的模型预测控制还具有并网电流质量欠佳、开关频率不固定等缺点，尤其是输出电流频谱不固定的问题，会显著地增大后级的并网滤波器的设计难度，这限制了模型预测控制在并网逆变器控制中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬件成本低、控制准确、适用范围广，能够实现对NPC三相三电平逆变器定开关频率并网控制，降低入网电流的总谐波畸变率，同时有效抑制直流侧中点电压的波动的NPC三相三电平并网逆变器模型预测控制装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种NPC三电平逆变器最优序列模型预测控制装置，包括NPC三相三电平逆变器、数字处理控制模块和驱动电路，其中数字处理控制模块包括采样单元、扇区预选单元、矢量作用时间计算单元、预测计算单元和调制单元；

在每个开关周期内，采样单元分别采集NPC三相三电平逆变器交流侧的三相电网电压信号和三相入网电流信号，经Clarke变换后，连同采样计算得到的直流侧上下两电容电压差值发送至扇区预选单元和矢量作用时间计算单元；扇区预选单元根据前级送入的电压和电流信号以及已知的给定电流信息计算得出参考电压矢量，并根据参考电压矢量的位置信息对三矢量序列进行扇区选择，将得到的矢量序列选择结果送至矢量作用时间计算单元；矢量作用时间计算单元根据送入的电压电流信号、参考电流信息及矢量序列选择结果，依次计算得到备选矢量序列中矢量产生的电流与中点电压增量，据此计算对应的矢量作用时间并对作用时间进行修正后，将计算结果送至预测计算单元，经预测计算单元筛选计算后，得到最优序列及其对应的矢量作用时间，经调制单元生成调制信号后输出，经驱动电路接入NPC三电平逆变器中每相桥臂的各个开关管。

进一步地，所述数字处理控制模块采用TMS320F28335和EPM1270T芯片。

一种NPC三电平逆变器最优序列模型预测控制方法，包括以下步骤：