[发明专利]无权重因子三相四开关变换器电容均压模型预测控制方法

说明书

本发明提出了一种无权重因子三相四开关变换器电容均压模型预测控制方法，其步骤为：首先，分析三相四开关变换器的矢量变换并建立静止坐标系下的功率预测模型；其次，分析直流侧中点电压变化情况，分别建立关于功率和电容电压的价值函数；然后，对电容电压价值函数与功率价值函数进行归一化，设计一种无权重因子的新的价值函数；最后，计算新的价值函数的最小值，利用最小值对应的开关状态控制三相四开关变换器，降低控制策略复杂度。本发明通过采用枚举法选出最优电压矢量，实现电容电压均衡控制；通过对电容电压价值函数与功率价值函数进行归一化，建立新的价值函数，消除了权重因子，降低控制策略的复杂度。

技术领域

本发明涉及三相四开关变换器技术领域，特别是指一种无权重因子三相四开关变换器电容均压模型预测控制方法。

背景技术

随着能源危机与环境污染的日益加剧，光伏、风力等清洁能源发电技术成为了研究热点。三相六开关变换器以其具备控制灵活、结构简单、功率因数可调等优点被广泛应用。但由于电路中存在的浪涌、尖峰等瞬态过程会对三相六开关变换器的正常运行造成冲击，容易造成三相六开关变换器故障，而三相六开关变换器不具备故障容错能力，一旦三相六开关变换器出现故障，便会造成整个系统停止运行。因此，研究三相六开关变换器故障容错结构及其控制方法具有重要意义。

目前，三相六开关容错结构有两种。第一种是增加冗余桥臂，即当桥臂故障发生时，使用冗余桥臂替换故障桥臂，该方法成本较高所需成本较高。此外，文献[李泽，郭源博，张铭，等.考虑输出电压平衡的三相四开关逆变器SVPWM过调制策略[J].电机与控制学报,2019,23(07):53-62.]、文献[谭兴国，王辉，张黎，等.具有电压补偿的四开关并网逆变器等效SVPWM控制方法[J].电力系统保护与控制,2014,42(01):1-8.]、文献[金楠，张涛，窦智峰，等.不平衡电网三相四开关变换器预功率控制[J].电机与控制应用,2018,45(09):48-53.]提出三相四开关变换器，即发生桥臂故障时，将故障相直接连接到直流侧电容中点上，该结构具有成本较低、结构简单、开关数量少且能保证正常运行等优点。文献[安群涛，孙醒涛，赵克，等.容错三相四开关逆变器控制策略[J].中国电机工程学报,2010,30(03):14-20.]对三相四开关变换器进行了详细的矢量分析，使用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)对变换器进行控制，故障相连接到直流侧电容电压中点上会引起电容电压不均衡，减少电容使用寿命。

近年来，为提高控制系统可靠性、降低电流谐波、优化控制策略，模型预测控制受到广泛研究。文献[章宝歌，马伟杰.电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制[J].中国电力,2019,52(10):45-53.]通过提取直流侧中点电压偏差值直流分量，计算电流补偿值并添加到价值函数中，实现电容电压均衡控制的目的。文献[LIU Yongchao,GE Xinglai,TANG Qidi,et al.Model predictive current control for four-switch three-phaserectifiers in balanced grids[J].Electronics Letters,2016,53(1):44-46.]提出向价值函数中加入电容电压权重环节，无需添加额外的控制模块。然而，权重因子的设计较为复杂，对控制结果影响较大，尚未有成熟的权重因子设计理论。

发明内容

针对上述背景技术中存在的不足，本发明提出了一种无权重因子三相四开关变换器电容均压模型预测控制方法，解决了现有模型预测控制中权重因子的设计太复杂，造成控制结果不稳定的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种无权重因子三相四开关变换器电容均压模型预测控制方法，其步骤如下：