[发明专利]适用于多电平变换器的热应力平衡预测控制方法及系统

权利要求书

1.一种适用于多电平变换器的热应力平衡预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集多电平变换器在k时刻的控制变量输出瞬时值，由该控制变量输出瞬时值得到k+1时刻不同开关状态组合下的控制变量输出预测值；

步骤2：设定k+1时刻控制变量参考值，根据k+1时刻控制变量参考值和步骤1的控制变量输出预测值构建代价函数，在有限控制集的约束下，以代价函数最小对应的总电平作为k+1时刻的最优输出总电平，并得到k+1时刻最优状态下的电平增量；

步骤3：根据步骤2的电平增量选出k+1时刻能动作的模块；

步骤4：采集各功率器件的导通电压和电流，由所述导通电压和电流估算出各模块功率器件的结温值；

步骤5：根据步骤4的结温值构建模块的开关分配函数，根据每个模块的开关分配函数在步骤3能动作的模块中选出k+1时刻需要动作的模块；

步骤6：将步骤2的电平增量分配至需要动作的模块的具体桥臂，以实现多模块热应力的平衡；

所述步骤5中，第i个模块的开关分配函数的具体表达式为

其中，C_i(k)为第i个模块在k时刻的开关分配函数，为第i个模块在0到k时刻开关的动作次数累计值，为第i个模块在k时刻功率器件的结温值，α为分配因子。

2.如权利要求1所述的热应力平衡预测控制方法，其特征在于，所述步骤2中，代价函数的具体表达式为：

其中，g为多电平变换器的代价函数，为k+1时刻第j个控制变量参考值，x_j^p(k+1)为k+1时刻不同开关状态组合下的第j个控制变量的输出预测值，λ_j为第j个控制变量对应的权重系数，n为控制变量的数量。

3.如权利要求1所述的热应力平衡预测控制方法，其特征在于，所述步骤2中，以k时刻多电平变换器输出总电平H(k)前后邻近的Z个电平状态作为有限控制集，k+1时刻输出总电平H(k+1)在有限控制集的约束为：

H(k+1)∈{H(k)-Z,H(k)-Z+1,…,H(k),…,H(k)+Z-1,H(k)+Z}

其中，H(k)＝Q₁(k)+…+Q_i(k)+…+Q_m(k)，Q_i(k)为第i个模块在k时刻的输出电平，m为多电平变换器的模块总数量，Q_i(k)＝1,0,-1。

4.如权利要求1所述的热应力平衡预测控制方法，其特征在于，所述步骤3中，k+1时刻能动作的模块的选出方法为：

当电平增量ΔH0时，从当前输出电平Q_i(k)为-1或者0的模块中选出能动作的模块；当电平增量ΔH0时，从当前输出电平Q_i(k)为1或者0的模块中选出能动作的模块；当电平增量ΔH＝0时，下一时刻输出电平Q_i(k+1)与当前输出电平Q_i(k)保持一致，各个模块中功率器件在下一时刻的状态与在当前时刻的状态保持一致。

5.如权利要求1所述的热应力平衡预测控制方法，其特征在于，所述步骤5中，需要动作的模块的选出方法为：

步骤5.1：在每一控制周期，计算出所有能动作的模块的开关分配函数值；

步骤5.2：对计算出的开关分配函数值进行排序，

步骤5.3：从开关分配函数值序列的最大值开始，选取与开关分配函数值对应的|ΔH|个模块作为k+1时刻需要动作的模块，ΔH为k+1时刻的电平增量；

步骤5.4：将需要动作的模块对应的开关动作次数累计值清零，将不需要动作的模块对应的开关动作次数累计值继续累加计数。