[发明专利]双级式矩阵变换器的虚拟矢量调制型模型预测算法

说明书

本发明公开了一种双级式矩阵变换器的虚拟矢量调制型模型预测算法，该策略在整流级采取传统调制型模型预测控制算法，在逆变级通过无差拍控制将电流模型转换成电压模型，确定期望矢量的扇区，然后计算其相邻有效矢量和零矢量的价值函数，以避免在所有开关状态下遍历优化，同时构造三个虚拟矢量，计算虚拟矢量的价值函数并进行排序，选择价值函数较小的两个虚拟矢量参与调制，与整流级所选的有效矢量协调配合控制变换器开关。本发明的有益之处是与传统调制型模型预测控制策略相比，该策略在不影响计算负担的情况下减小了控制误差，提高了系统的控制性能，改善了输入输出电流质量。

技术领域

本发明涉及电力电子变换器模型预测控制技术，具体涉及双级式矩阵变换器的虚拟矢量调制型模型预测算法。

背景技术

双级式矩阵变换器是一种新型交-交变换器，不仅具有传统矩阵变换器的输入输出电流正弦、能量可双向流动、无需直流储能元件、功率密度高、结构紧凑等优点，还具有整流级零电流换流，钳位电路控制简单等优点，非常具有发展潜力。在过去20多年间，引起了国内外众多学者的关注。

常规控制技术一般基于比例积分控制器，当需要同时实现多个控制目标时，就需要设计多个和级联的控制回路，使得控制方法非常复杂。与这些常规控制算法相比，1970年代末提出的模型预测控制(MPC)对矩阵变换器具有许多优势，例如易于实现多个控制目标，高动态性能，灵活的约束限制等。有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)由于其直观的概念已成为电力转换器最有吸引力的预测控制方法。但是其控制性能受到以下两个缺点的限制：一是计算负担大，二是可变的开关频率特性导致电流纹波大。为了固定开关频率，学者为IMC提出了一种调制型模型预测控制(M2PC)算法，该算法保留了传统FCS-MPC的优点，通过成本函数最小化过程选择两个或多个开关状态，然后在固定的开关周期内连续应用。因此，可以改善有关IMC的输入和输出功率质量的稳态性能。

发明内容

本发明的目的是，保留传统调制型模型预测控制算法的固有特性，在不影响计算负担的前提下提高系统的控制性能，改善输入输出电流特性。

本发明所采用的技术方案为：

在整流级采取传统调制型模型预测控制算法，在逆变级通过无差拍控制将电流模型转换成电压模型，确定期望矢量的扇区，然后计算其相邻有效矢量和零矢量的价值函数，以避免在所有开关状态下遍历优化，同时构造三个虚拟矢量，计算虚拟矢量的价值函数并进行排序，选择价值函数较小的两个虚拟矢量参与调制。

本发明与现有技术相比所产生的效果为：

相较于现有调制型模型预测控制算法，输入输出电流谐波含量更低，动态响应更快，且不增加计算负担；

附图说明

图1：双级式矩阵变换器的拓扑；

图2：逆变级空间矢量扇区分布；

图3：整流级和逆变级的开关模式；

图4：虚拟矢量扇区图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明；

一种双级式矩阵变换器的拓扑如图1所示，主电路拓扑主要由整流级和逆变级两部分构成。整流级和逆变级。整流级是由六个双向开关组成的电流源型整流器，逆变级是传统的三相两电平电压源型逆变器。整流级和逆变级通过虚拟直流侧耦合在一起，因此整流级可采用零电流换流方式。

整流级预测控制算法同传统调制型模型预测控制中的一致，从整流级的有效矢量中选择直流侧输出电压为正值的三个，它们的价值函数的可以通过下式计算得到：

g＝|i_ref-i(k+1)|

式中：i_ref为电流参考值，i(k+1)为电流k+1采样时刻的预测值；