[发明专利]基于宽容分层序列法的逆变器电压状态预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于宽容分层序列法的逆变器电压状态预测控制方法，逆变器为钳位型三电平三相逆变器，该电压状态预测控制方法包括：创建MPC预测模型，并在K时刻根据MPC预测模型预测出K+2时刻的输出电容电压和直流侧中性点电位差；再构建双层价值目标函数；然后利用宽容分层序列法对双层价值目标函数中的第一层目标函数进行求解获取多个候选电压状态矢量，将求解获得的多个候选电压状态矢量代入第二层目标函数，并对第二层目标函数进行优化求解获取最优电压状态矢量；最后将最优电压状态矢量所对应的逆变器开关状态应用在K+1时刻而对逆变器进行预测控制。本发明的逆变器电压状态预测控制方法提高了建模速率和控制稳定性。

技术领域

本发明涉及逆变器技术领域，具体涉及一种基于宽容分层序列法的逆变器电压状态预测控制方法。

背景技术

风能、太阳能、生物能源等新能源的快速发展使得多电平逆变器得到广泛关注。多电平逆变器作为光伏入网的纽带，需要具备优异的动态稳定性。现有的两电平逆变器，存在电磁干扰严重，逆变效率低等的缺点，在高压场合尤为明显，而相对两电平逆变器来说，钳位型三电平逆变器凭借着开关管耐压低、滤波电感损耗小、谐波失真小等优点成为了分布式发电系统的首选。

模型预测控制(Model Prective Control,MPC)方法作为钳位型逆变器的一种控制策略，可对每种开关状态序列都根据价值函数进行评估，并使得满足价值函数最小的开关状态序列在下一时刻用于电力电子逆变器的控制。现有的MPC方法一般采用一个带有权重系数的价值函数来实现不同目标的控制。通过权重系数的调节来加减单个目标在总目标中的比重，实现对系统的限制和非线性的处理，但是该方法中权重系数的选取存在不确定性，权重系数的选择大多是通过遗传算法和经验分析确定的，缺少相应的理论基础，导致确定权重系数的过程繁琐、存在随机性，降低了建模效率；并且由于不同控制目标之间的不可攻度性，平衡各个目标之间的量纲往往需要很大的权重系数，这同时也会导致噪声的放大，使控制策略失稳，无法满足使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种本发明的基于宽容分层序列法的逆变器电压状态预测控制方法，能够提高建模速率和提升控制稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种基于宽容分层序列法的逆变器电压状态预测控制方法，所述逆变器为钳位型三电平三相逆变器，该电压状态预测控制方法包括以下步骤：

1)创建MPC预测模型，并在K时刻根据所述MPC预测模型预测出K+2时刻的输出电容电压和直流侧中性点电位差；

2)根据K+2时刻的输出电容电压和期望输出电容电压的差值构建第一层价值函数，并根据K+2时刻的直流侧中性点电位差构建第二层价值函数，所述第一层价值函数和第二层价值函数构成双层价值目标函数；

3)利用宽容分层序列法对第一层目标函数进行求解获取多个候选电压状态矢量，将第一层目标函数求解获得的多个候选电压状态矢量代入第二层目标函数，并对第二层目标函数进行优化求解获取最优电压状态矢量；

4)将最优电压状态矢量所对应的逆变器开关状态应用在K+1时刻而对逆变器进行预测控制。

在其中一个实施方式中，对第二层目标函数进行优化求解时采用最小化原则。

在其中一个实施方式中，所述双层价值目标函数为：

其中，表示第一层价值函数，表示第二层价值函数，ΔV_PN(K+2)表示K+2时刻的直流侧中性点电位差，表示K+2时刻的期望输出电容电压，表示K+2时刻的输出电容电压，α、β分别表示两相静止坐标系中的α轴、β轴。

在其中一个实施方式中，对第二层目标函数进行优化求解获取最优电压状态矢量时采用以下公式：