[发明专利]一种三电平逆变器模型预测直接功率控制方法

权利要求书

1.一种三电平逆变器模型预测直接功率控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：采集电网电流i_a(k)、i_b(k)、i_c(k)和电网电压e_a(k)、e_b(k)、e_c(k)，并分别通过矢量合成模块计算电网电流矢量i^k和电网电压矢量e^k；

S2：采集直流侧电流i_dc(k)和直流正、负电容电压V_c1(k)、V_c2(k)，将直流正、负电容电压相加得到直流总电压U_dc(k)；

S3:在功率计算模块中，分别计算网侧复功率S^k、有功功率p^k、无功功率q^k和在k+1时刻由零矢量作用后所导致的功率误差矢量

其中，(S^*)^k为k时刻功率值的共轭，(S^*)^ref为k+1时刻的功率指令值的共轭，T_s为控制周期，L为滤波电感，R为其等效阻抗，E为电网电压矢量的幅值，w为电网角频率,其单位为(rad/s)；

S4：在扇区判断模块中判断功率误差矢量所在扇区n

其中，floor为向下取整函数，符号“∠”表示取对应矢量的相角；

S5:根据扇区n来确定参与模型预测控制的备选矢量组合；

S6：在模型预测模块中计算预测功率值和预测直流正、负电容电压值；

S7:在成本函数模块中根据步骤S6中所得到的预测功率值以及预测直流正、负电容电压值，计算得到成本函数值，计算出成本函数值中的最小值g_min，再根据最小值g_min得到对应的最优开关矢量V_opt，以供下一拍控制使用；

S8:根据最优开关矢量V_opt得到对应的最优开关状态，再得到对应的开关控制信号，进而控制三电平逆变器各个功率开关管的通断。

2.根据权利要求1所述的三电平逆变器模型预测直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，网侧复功率S^k的表达式为：

S^k＝p^k+jq^k＝1.5Re((i^k)^*e^k)+j1.5Im((i^k)^*e^k)

其中，p^k＝1.5Re((i^k)^*e^k)和q^k＝1.5Im((i^k)^*e^k)分别表示k时刻的有功功率和无功功率，符号“*”表示对应复矢量的共轭。

3.根据权利要求1所述的三电平逆变器模型预测直接功率控制方法，其特征在于，所述的步骤S6中，根据开关矢量组中的矢量计算预测有功功率值p^(k+1)和预测无功功率值q^(k+1)的表达式为：

其中p^k为有功功率，q^k为无功功率，为k时刻作用的开关矢量的共轭。

4.根据权利要求3所述的三电平逆变器模型预测直接功率控制方法，其特征在于，所述的步骤S6中，根据开关矢量组中的矢量计算预测直流正电容电压值V_c1(k+1)和预测直流负电容电压值V_c2(k+1)的表达式为：

其中，C为正、负电容值；H1_J(k)、H2_J(k)分别为正、负电容的J相电流系数,

J＝a,b,c，i_J为母线电容电流，S_J(k)为当前作用的开关矢量所对应的第J相开关状态值。

5.根据权利要求4所述的三电平逆变器模型预测直接功率控制方法，其特征在于在步骤S7中，根据预测有功功率值p^(k+1)、预测无功功率值q^(k+1)、预测直流正电容电压值V_c1(k+1)和预测直流负电容电压值V_c2(k+1)计算成本函数值g(k)的表达式为：

g(k)＝(|p^ref-p^(k+1)|+|q^ref-q^(k+1)|)+λ_dc|V_c1(k+1)-V_c2(k+1)|；

其中，p^ref和q^ref分别表示有功功率和无功功率的指令值，λ_dc为中点电位调节因子。