[发明专利]一种三电平并网逆变器模型预测直接功率控制方法

摘要

本发明公开了一种三电平并网逆变器模型预测直接功率控制方法，包括以下步骤：第一步，三电平空间矢量调制方法采用三矢量合成，根据瞬时功率理论和直接功率预测控制方法确定目标函数；第二步，构造虚拟矢量并确定虚拟矢量所在的大扇区位置和计算虚拟矢量的值；第三步，确定虚拟矢量所在的小扇区位置；第四步，计算一个开关周期内的三个矢量的分别作用时间；第五步，根据中点电压平衡确定开关序列。本发明的方法计算量小，并网逆变器有功功率和无功功率纹波小，具有较好的动静态性能，而且具有良好的谐波抑制效果。

主权项

1.一种三电平并网逆变器模型预测直接功率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、三电平空间矢量调制方法采用三矢量合成，根据瞬时功率理论和直接功率预测控制方法确定目标函数；S2、构造虚拟矢量并确定虚拟矢量所在的大扇区位置和计算虚拟矢量的值；S3、确定虚拟矢量所在的小扇区位置；S4、计算一个开关周期内的三个矢量的分别作用时间；S5、根据中点电压平衡确定开关序列；所述步骤S1具体如下：三电平T型逆变器每一相的输出电平都有三种状态：输出电压等于直流母线电压、输出电压等于直流母线电压的一半、输出电压等于0，分别设为P、O、N；因此共有27种基础矢量分别为：NNN、NNO、NNP、NON、NOO、NOP、NPN、NPO、NPP、ONN、ONO、ONP、OON、OOO、OOP、OPN、OPO、OPP、PNN、PNO、PNP、PON、POO、POP、PPN、PPO、PPP；27个基础矢量构成的矢量图分为六个大扇区，每个大扇区分为四个小扇区，每个大扇区有六种合成矢量，根据参考电压矢量所在扇区选择相应的合成矢量，具体如下：当参考矢量位于第一小扇区时，合成矢量选择零矢量v₀、小矢量v₁、小矢量v₂；当参考矢量位于第二小扇区时，合成矢量选择小矢量v₁、中矢量v₄、大矢量v₃；当参考矢量位于第三小扇区时，合成矢量选择小矢量v₁、小矢量v₂、中矢量v₄；当参考矢量位于第四小扇区时，合成矢量选择小矢量v₂、中矢量v₄、大矢量v₅；忽略电阻R的影响，在静止αβ坐标系统下，结合瞬时功率理论可得其中，(u_α，u_β)、(i_α，i_β)、(e_α，e_β)分别表示逆变器输出相电压、相电流、电网电压在αβ静止坐标系上的坐标；ω、L分别为电网角频率、串联电抗器值；为对有功功率P进行微分，为对有功功率Q进行微分；在一个开关周期T_s内有三个矢量v_i分别作用,其中i＝1,2,3；设v_i作用时，逆变器的电压为u_i，(u_αi,u_βi)为u_i在αβ静止坐标系上的坐标，作用时间为t_i；并令则目标函数J为其中，P_ref、Q_ref分别为并网逆变器的有功功率和无功功率给定值，P_j、Q_j、T_s分别表示当前有功功率值、当前无功功率值、开关周期；所述步骤S2具体如下：设有一个虚拟矢量满足下式：其中，是虚拟矢量对应的逆变器电压在静止αβ坐标系上的值；P_j+1、Q_j+1、分别表示下一时刻的有功功率值、下一时刻的无功功率值，将三电平并网逆变器空间矢量图中2个相邻长矢量和零矢量的6个三矢量组合分别代入目标函数J；通过6次循环，求出当J取最小值的矢量组合，得到虚拟矢量所在的大扇区位置；把所得的大扇区的三矢量组合及其功率变化代入下式中，求出三个矢量的分别作用时间t₁、t₂、t₃：其中，e_q＝P_ref‑P_j、e_p＝Q_ref‑Q_j，其中下标“3”对应零矢量参数，下标“1”和“2”分别对应按逆变针顺序的两个长矢量参数；进而得到虚拟矢量对应的逆变器电压在静止αβ坐标系上的值为其中，(u_α1、u_β1)、(u_α2、u_β2)、(u_α3、u_β3)分别是该三个矢量对应的电压在静止αβ坐标系上的值。