[发明专利]一种三电平逆变器模型预测直接功率控制方法

说明书

本发明公开了一种三电平逆变器的模型预测直接功率控制方法，将采集得到的电网电流、电网电压、直流侧电流和直流正负电容电压进行计算，得到功率误差矢量，通过叠加误差矢量和电网电压矢量的相角得到扇区信息，由所得到的扇区信息得到当前拍要作用的备选矢量组合，由最优开关矢量在PWM模块中产生开关控制信号控制三电平逆变器各个功率开关管的通断；本发明方法根据通过计算功率误差矢量所在扇区信息来选择特定的开关矢量组合，以所选的开关矢量组合中的开关矢量来计算和比较成本函数值，从而得到最优开关控制信号，本方法具有良好的稳态性能，并且能够快速地跟踪功率指令的幅值阶跃变化。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三电平逆变器的模型预测直接功率控制方法。

背景技术

在电力能源消费和新能源发电系统中，以逆变器为核心的电力电子设备作为能量变换的桥梁，对于保证能量的顺利流动以及实现高品质的电能供应具有至关重要的作用。相较于传统的两电平逆变器，三电平逆变器具有耐压等级高、电压畸变率低以及谐波含量小等优点。与此同时，其电平数适中、易于实现，因而得到了广泛的研究和应用。直接功率控制方法是逆变器实现功率解耦控制最为常用的控制方法之一。这种方法控制结构简单，不需要电流控制内环整定和调制模块，同时还具有动态响应速度快和鲁棒性强等优点。但是，传统直接功率控制方法的控制效果严重依赖于其开关矢量表的精确程度，导致其存在稳态精度不高的固有缺点。为解决传统直接功率控制方法稳态精度不高的问题，国内外学者提出了许多改进方法，包括提出新的开关矢量表和结合空间矢量调制技术等。虽然这些方法能够在一定程度上改善其稳态性能，但是同时也增加了算法的复杂度。此外，由于三电平拓扑还存在中点电位平衡控制的控制要求，使得其开关矢量表的设计更加复杂。

引入模型预测控制到直接功率控制方法中为有效地解决其稳态精度不高的问题提供了新的思路，目前已经有大量针对两电平逆变器的相关研究成果，并能很好的解决这个问题。然而三电平逆变器还存在中点平衡的固有问题，相关研究目前尚且很少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三电平逆变器的模型预测直接功率控制方法，该方法根据不同扇区来采用不同的备选矢量组合参与模型预测控制，来达到相较于传统直接功率控制算法更优的稳态性能。

为实现上述发明目的，本发明一种三电平逆变器的模型预测直接功率控制方法，采用如下技术方案：

一种三电平逆变器模型预测直接功率控制方法，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以及无功功率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

S4：在扇区判断模块中判断功率误差矢量所在扇区n；

S5:根据扇区信息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正、负直流电容电压值；