一種適用于三相并網(wǎng)逆變器的雙零矢量模型預(yù)測控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于三相并網(wǎng)逆變器的雙零矢量模型預(yù)測控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模型預(yù)測控制是一種計(jì)算機(jī)控制方法，有著深刻的實(shí)際工程應(yīng)用背景。它釆用實(shí) 時(shí)預(yù)測、滾動優(yōu)化和反饋校正機(jī)制，對干擾和不確定性因素有較好的適應(yīng)性，可達(dá)到較好 的控制效果。模型預(yù)測控制的基本過程是先采樣系統(tǒng)狀態(tài)變量并使用系統(tǒng)模型來進(jìn)行預(yù) 測，然后利用價(jià)值函數(shù)在線計(jì)算出最優(yōu)控制信號。
[0003] 假設(shè)系統(tǒng)變量在鞏時(shí)刻的采樣值為X (k)，被控系統(tǒng)的預(yù)測模型可描述為：
[0004] x(k+l) = f (x(k),u(k)) (I)
[0005] 式中，x (k+1)為系統(tǒng)狀態(tài)變量的預(yù)測值，x (k)和u (k)分別為被控系統(tǒng)的狀態(tài)量和 輸入量。假定系統(tǒng)共有有限的η種控制策略S2、Sn，如圖1所示，則會有η組輸入量 產(chǎn)生相應(yīng)的η組預(yù)測值。然后使用價(jià)值函數(shù)來評估這η個(gè)預(yù)測值與參考值的差距。價(jià)值函 數(shù)值越小，預(yù)測值與參考值就越接近。所以使價(jià)值函數(shù)最小的控制策略被選定為最優(yōu)控制 策略。如圖1中在tk時(shí)刻得到的η個(gè)預(yù)測值中，Xl(k+1)與參考值最接近，所以此時(shí)控制策 略采用Sp
[0006] 在三相逆變器的模型預(yù)測控制中，控制策略共有7種，即零矢量和六個(gè)非零矢量， 如圖2所示。逆變器的模型預(yù)測控制過程如圖3所示，根據(jù)輸出側(cè)采樣電流和預(yù)測模型可 計(jì)算出7個(gè)預(yù)測電流i (k+Ι)，然后利用價(jià)值函數(shù)來衡量這7個(gè)預(yù)測電流與參考電流的接近 度，常用的價(jià)值函數(shù)如下：
[0008] 式中，ia (k+Ι)和ip (k+Ι)為預(yù)測電流；i/和i /為參考電流。最后，使價(jià)值函數(shù) 最小的開關(guān)狀態(tài)被系統(tǒng)采用。
[0009] 三相逆變器的六個(gè)開關(guān)管共有8種開關(guān)組合。由于兩個(gè)零矢量V。和V 7產(chǎn)生的輸 出效果一樣，所以通常只選擇一種零矢量參與模型預(yù)測控制。若采用％參與控制，則下橋 臂開關(guān)的導(dǎo)通損耗會多于上橋臂；若采用^參與控制，則上橋臂開關(guān)的導(dǎo)通損耗會多于下 橋臂。因此，只使用一種零矢量會造成上、下橋臂開關(guān)的損耗失衡，引起發(fā)熱不均，影響整個(gè) 逆變器的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種適用于三相并網(wǎng)逆變器的雙零矢量模型預(yù) 測控制方法，本方法通過建立一個(gè)新的判據(jù)來合理地分配兩種零矢量。與傳統(tǒng)的模型預(yù)測 控制方法相比，本方法可以有效地平衡上、下橋臂開關(guān)損耗和減少開關(guān)次數(shù)。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0012] -種適用于三相并網(wǎng)逆變器的雙零矢量模型預(yù)測控制系統(tǒng)，包括預(yù)測模塊、價(jià)值 函數(shù)模塊、逆變器和濾波器，其中，預(yù)測模塊根據(jù)采集濾波器的輸出信號，建立預(yù)測模型，價(jià) 值函數(shù)模塊用于衡量預(yù)測值與參考值的接近程度，將使價(jià)值函數(shù)最小的逆變器的控制策略 被選定為最優(yōu)控制策略，篩選出最優(yōu)開關(guān)矢量。
[0013] 所述最優(yōu)開關(guān)矢量為非零矢量，則采用其對應(yīng)的控制信號；若最優(yōu)矢量為零矢量， 則根據(jù)不等式判據(jù)選擇某一個(gè)零矢量并采用相應(yīng)的控制信號。
[0014] 一種適用于三相并網(wǎng)逆變器的雙零矢量模型預(yù)測控制方法，包括以下步驟：
[0015] (1)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)建立預(yù)測模型，利用預(yù)測模型預(yù)測系統(tǒng)狀態(tài)；
[0016] (2)利用價(jià)值函數(shù)來衡量預(yù)測值與參考值的接近程度，將使價(jià)值函數(shù)最小的控制 策略被選定為最優(yōu)控制策略，篩選出最優(yōu)開關(guān)矢量；
[0017] (3)判斷最優(yōu)開關(guān)矢量是否為零矢量，若最優(yōu)開關(guān)矢量為非零矢量，則采用其對應(yīng) 的控制信號；若最優(yōu)矢量為零矢量，則根據(jù)不等式判據(jù)選擇某一個(gè)零矢量并采用相應(yīng)的控 制信號；
[0018] (4)進(jìn)入下一采樣周期，重復(fù)步驟（1)-⑶。
[0019] 所述步驟（1)中，預(yù)測模型是根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)建立起的可計(jì)算未來系統(tǒng)狀態(tài) 變量的數(shù)學(xué)模型。
[0020] 所述步驟⑴中，設(shè)系統(tǒng)變量在鞏時(shí)刻的采樣值為x(k)，被控系統(tǒng)的預(yù)測模型描 述為：
[0021] x(k+l) = f(x(k),u(k)) (I)
[0022] 式中，x(k+l)為系統(tǒng)狀態(tài)變量的預(yù)測值，x(k)和u (k)分別為被控系統(tǒng)的狀態(tài)量和 輸入量。
[0023] 所述步驟（2)中，價(jià)值函數(shù)是一個(gè)用來衡量預(yù)測值與參考值接近程度的函數(shù)，采 用如下公式：
[0025] 式中，ia (k+Ι)和ip (k+Ι)為預(yù)測電流；i/和i /為參考電流。
[0026] 所述步驟⑵中，設(shè)定系統(tǒng)共有有限的η種控制策略S2、Sn，則產(chǎn)生有η組 輸入量產(chǎn)生相應(yīng)的η組預(yù)測值，利用價(jià)值函數(shù)來評估η個(gè)預(yù)測值與參考值的差距，使價(jià)值函 數(shù)最小的控制策略被選定為最優(yōu)控制策略。
[0027] 所述步驟（3)中，當(dāng)最優(yōu)開關(guān)矢量為零矢量，不等式判據(jù)為：
[0028] Sa(k-1)+Sb(k-1)+Sc(k-1) > 1 (3)
[0029] 式中，Sx(k-l) (X = a、b、c)為上一采樣周期的各相開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)?shù)仁匠闪r(shí)，選用 V7 (111)，否則選用 Vq(OOO)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果為：
[0031] 通過建立一個(gè)新的判據(jù)來從兩種零矢量中選擇其一，與傳統(tǒng)的控制方法相比，這 可以使得兩種零矢量都參與控制，且使用的比率大概一致，因而可以有效平衡上、下橋臂的 開關(guān)損耗，減少總開關(guān)次數(shù)。
【附圖說明】
[0032] 圖1為模型預(yù)測控制原理；
[0033] 圖2為三相逆變器的電壓矢量；
[0034] 圖3為三相并網(wǎng)逆變器的模型預(yù)測控制結(jié)構(gòu)圖；
[0035] 圖4為雙零矢量模型預(yù)測控制算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0036] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037] 模型預(yù)測控制是一種計(jì)算機(jī)控制方法，有著深刻的實(shí)際工程應(yīng)用背景。它釆用實(shí) 時(shí)預(yù)測、滾動優(yōu)化和反饋校正機(jī)制，對干擾和不確定性因素有較好的適應(yīng)性，可達(dá)到較好 的控制效果。模型預(yù)測控制的基本過程是先采樣系統(tǒng)狀態(tài)變量并使用系統(tǒng)模型來進(jìn)行預(yù) 測，然后利用價(jià)值函數(shù)在線計(jì)算出最優(yōu)控制信號。
[0038] 假設(shè)系統(tǒng)變量在鞏時(shí)刻的采樣值為X (k)，被控系統(tǒng)的預(yù)測模型可描述為：
[0039] x(k+l) = f (x(k),u(k)) (I)
[0040] 式中，x (k+1)為系統(tǒng)狀態(tài)變量的預(yù)測值，x (k)和u (k)分別為被控系統(tǒng)的狀態(tài)量和 輸入量。假定系統(tǒng)共有有限的η種控制策略S2、Sn，如圖1所示，則會有η組輸入量 產(chǎn)生相應(yīng)的η組預(yù)測值。然后使用價(jià)值函數(shù)來評估這η個(gè)預(yù)測值與參考值的差距。價(jià)值函 數(shù)值越小，預(yù)測值與參考值就越接