[发明专利]一种准Z源逆变器离散时间平均模型预测控制装置及方法

权利要求书

1.一种准Z源逆变器离散时间平均模型预测控制装置，其特征在于：包括主功率电路、控制电路和检测电路；

所述主功率电路包括输入电压源V_in、准Z源三相两电平逆变器、L型低通滤波器和三相负载R_L，所述准Z源三相两电平逆变器包括准Z源网络和逆变桥，所述输入电压源V_in与所述准Z源三相两电平逆变器的输入端连接，准Z源三相两电平逆变器输出端与所述L型低通滤波器输入端连接，L型低通滤波器输出端与三相负载R_L连接，其中准Z源网络包括电感L₁、电感L₂、电容C₁、电容C₂以及一个二极管D，电感L₁与二极管D和电感L₂串联，电容C₂连接二极管输入端和电感L₂输出端，电容C₁连接二极管输出端和输入电压源V_in的负极；

所述控制电路包括第一，第二，第三输入端口；所述检测电路包括直流侧准Z源网络电容电压检测电路、直流侧准Z源网络电感电流检测电路以及交流侧输出电流检测电路，所述直流侧准Z源网络电感电流检测电路输入端与所述准Z源网络的电感L₁连接，准Z源网络电感电流检测电路输出端与控制电路第一输入端口连接，所述准Z源网络电容电压检测电路输入端与准Z源网络的电容C₁连接，准Z源网络电容电压检测电路输出端与控制电路第二输入端口连接，所述交流侧输出电流检测电路输入端与准Z源三相两电平逆变器输出端连接，交流侧输出电流检测电路输出端与控制电路第三输入端口连接；

所述准Z源逆变器离散时间平均模型预测控制装置用于实现以下准Z源逆变器离散时间平均模型预测控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：构造输出电流预测外环，基于当前时刻k的准Z源三相两电平逆变器输出电流的离散时间平均预测模型生成k+1时刻的电感电流参考

步骤1具体包括：

步骤1.1：基于当前时刻k的准Z源三相两电平逆变器输出电流的离散时间平均预测模型生成k+1时刻的输出电流I_o(k+1)，具体公式如下：

其中，M(k)为k时刻的调制系数，V_PN(k)为k时刻的直流链路电压，T_S为采样周期，L为滤波电感，I_o(k)为k时刻的输出电流，R_L为三相负载；

步骤1.2：基于有功功率传输平衡生成k+1时刻的电感电流参考具体公式如下：

其中，v_in(k)为k时刻的直流输入电压；

步骤2：构造电感电流预测内环，基于当前时刻k的准Z源网络电感电流的离散时间平均预测模型结合步骤1中得到的电感电流参考生成k+1时刻的直通占空比D(k+1)；

所述步骤2具体包括：

步骤2.1：基于电感电流的离散时间平均预测模型预测k+2时刻的电感电流i_L1(k+2)，具体公式如下：

其中，i_L1(k+1)为k+1时刻的准Z源网络电感L₁电流，i_PN(k)为当前时刻k流入逆变桥的电流，R和r分别为准Z源网络电感和电容的等效串联电阻，v_C1(k)为准Z源网络电容C₁的电压，L₁为准Z源网络电感；

步骤2.2：令并结合k+1时刻电感的离散平均预测模型生成k+1时刻的直通占空比D(k+1)，具体公式如下：

其中，D(k)为当前时刻k的直通占空比，i_L1(k)为当前时刻k的准Z源网络电感L1电流；

步骤3：基于当前时刻k的准Z源三相两电平逆变器输出电流的离散时间平均预测模型生成k+1时刻的调制信号V_m(k+1)；

所述步骤3具体包括：

步骤3.1：基于当前时刻k的准Z源逆变器输出电流的离散时间平均预测模型生成k+2时刻的输出电流I_o(k+2)，具体公式如下：

其中，M(k+1)和M(k)分别为k+1和k时刻的调制系数；

步骤3.2：令带入步骤3.1计算出k+1时刻的调制系数M(k+1)，具体公式如下：

其中I_o^*(k)为输出电流在k时刻的给定参考；

步骤3.3：基于步骤3.2得到的调制系数M(k+1)生成准Z源逆变器的PWM调制信号V_m，具体公式如下：

v_ma、v_mb、v_mc分别对应A,B,C三相调制信号，w表示角频率、t表示时间；

步骤4：基于步骤3中得到的k+1时刻的调制信号V_m(k+1)合成空间参考矢量并判断其所在扇区N；

令其中u_α和u_β分别为在α和β轴上的分量，若U_ref10，则A＝1,否则A＝0；若U_ref20，则B＝1,否则B＝0；若U_ref30，则C＝1,否则C＝0；其中U_ref1为过渡参考矢量1，U_ref2为过渡参考矢量2，U_ref3为过渡参考矢量3，A为过渡参数1，B为过渡参数2，C为过渡参数3，W为空间矢量扇区判断参数；

令W＝4*C+2*B+A，则可以得到W与扇区N之间的关系如下表所示：

W	3	1	5	4	6	2
扇区N	1	2	3	4	5	6

步骤5：基于步骤2中得到的k+1时刻的直通占空比D(k+1)和步骤4中得到的参考矢量所在扇区N确定开关管的导通时间；

当N＝1时，结合k+1时刻的直通占空比D(k+1)计算开关管的导通时间如下：

当N＝2时，结合k+1时刻的直通占空比D(k+1)计算开关管的导通时间如下：

当N＝3时，结合k+1时刻的直通占空比D(k+1)计算开关管的导通时间如下：

当N＝4时，结合k+1时刻的直通占空比D(k+1)计算开关管的导通时间如下：

当N＝5时，结合k+1时刻的直通占空比D(k+1)计算开关管的导通时间如下：

当N＝6时，结合k+1时刻的直通占空比D(k+1)计算开关管的导通时间如下：

其中T_min-，T_min+，T_mid-，T_mid+，T_max-，T_max+分别为三相桥臂从左往右，从上至下开关管导通的时间，T_min、T_mid、T_max是传统电压源逆变器空间矢量调制中从左往右A,B,C三相开关管依次导通的时间，T_sh是直通零矢量作用的时间。