[发明专利]三相多电平逆变器零时延多矢量模型预测控制方法及系统

说明书

本发明公开一种三相多电平逆变器零时延多矢量模型预测控制方法及系统，包括：根据k时刻的三相电流和开关状态，预测k+1时刻的三相电流，根据k+1时刻的三相电流采用拉格朗日后推法计算k+1时刻的三相电压；构建双矢量价值函数，根据k+1时刻的三相电压求解双矢量价值函数，根据求解结果在零共模候选矢量中筛选最优双矢量，根据最优双矢量的自适应作用时间合成参考电压；根据构建的解耦函数对悬浮电容和直流侧电容进行解耦，根据自适应作用时间以及参考电压，得到候选开关序列，并以此控制逆变器开关管的动作。实现在减小逆变器交流侧输出电流谐波的同时，消除共模电压，快速跟踪电流，不需要权重因子即可实现直流侧中点和悬浮电容的控制，减轻计算负担。

技术领域

本发明涉及多电平逆变器技术领域，特别是涉及一种三相多电平逆变器零时延多矢量模型预测控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，多电平变换器因其在开关电压应力低、dv/dt小、输出电压和电流中的谐波较低等优点，已经广泛地应用于工业中。在多电平逆变器中，提出了三相五电平有源中压点箝位型(5L-ANPC)逆变器，其输出的线电压具有九个电平，并且已应用于六兆瓦风力发电和矿井提升机上。

5L-ANPC型逆变器的每相含有8个开关器件和一个悬浮电容，控制较为复杂，当直流侧中点或者悬浮电容电压不平衡时，逆变器交流侧输出电流谐波增大，电流波形畸变，进而影响到整个系统的稳定和安全运行，威胁到人身和财产安全。

共模电压(CMV)是电力电子逆变器的关键问题，共模电压会产生高频耦合电流，促使电机绝缘的老化，产生轴电流，减少轴承的寿命；由于共模电压产生的漏电流会造成电磁干扰，影响其他电气设备的正常运行，增大了系统的维护成本，影响了其长期安全运行，所以要实现5L-ANPC型逆变器的稳定运行，必须减少或者消除共模电压。

由于谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁，而对于并网5L-ANPC型逆变器，过量的谐波流入网侧，会污染电网，降低电能质量，也同时影响逆变器的正常工作，减少使用寿命，造成安全隐患。所以当电力电子逆变器交流侧输出电流含有大量谐波时，会使直流侧电压的效率降低，电气设备过热，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

近年来，随着微处理器技术的发展，模型预测控制(model predictive control,MPC)能够实现多目标同步优化控制，且无需PWM模块或比例积分(PI)控制器。基于MPC的优点，可以实现对并网三相5L-ANPC型逆变器的多目标控制。然而，传统的MPC算法牺牲了THD来实现快速跟踪电流，增加了逆变器交流输出侧的电流谐波，并且通过设置权重因子来实现多目标的优化控制，而权重因子的选择和调整是一项复杂的任务，会增加MPC算法的计算负担，影响到系统的快速性，不合适的权重因子会严重影响逆变器的工作状态。

因此，为了实现并网5L-ANPC型逆变器的稳定运行，提高系统稳定性，需要减小交流侧输出电流的谐波含量，提高电流的波形的同时消除共模电压CMV，去除MPC算法中的权重因子来提高系统快速跟踪电流的性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种三相多电平逆变器零时延多矢量模型预测控制方法及系统，实现在减小逆变器交流侧输出电流谐波的同时，消除共模电压，快速跟踪电流，不需要权重因子即可实现直流侧中点和悬浮电容的控制，减轻计算负担。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种三相多电平逆变器零时延多矢量模型预测控制方法，包括：

根据k时刻的三相电流和开关状态，预测k+1时刻的三相电流，根据k+1时刻的三相电流采用拉格朗日后推法计算k+1时刻的三相电压；