一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法技术

一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法，属于电力电子控制技术领域。解决了现有变换器控制方法均存在鲁棒性能差、暂态响应慢、开关损耗大的问题。本发明专利技术根据三相NPC变换器的电路拓扑结构，建立三相NPC变换器的动态模型；根据建立的动态模型，获取待控制的变量及变量对应的参考值，利用电压调节环，获得电压调节信号，使直流输出电压趋近参直流电压参考值，利用电流跟踪环，使交流电网电流跟踪电网电流参考值，利用性点电压平衡环，消除中性点电压差，实现对三相NPC变换器预测控制。本发明专利技术适用于变换器控制。明适用于变换器控制。明适用于变换器控制。

【技术实现步骤摘要】
一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子控制


技术介绍

[0002]两电平变换器广泛地应用于中、低压领域，在高压应用场合，虽然可以采用多个开关器件的串并联来缓解器件的过压问题，但这样会带来开关器件的动态/静态的均压和均流等问题，增加技术上的不确定因素，降低系统可靠性。为了解决这个问题，学者们开展了三电平乃至更多电平的变换器的研究，以应用于高压大功率系统。与两电平变换器相比，三电平和多电平变换器的调制电平数增加，调制波形阶梯数增多，与目标调制波更加接近；调制电平数的增多也降低了输出电压的跳变；输出电压的谐波含量减少；开关器件的等效开关频率得到提高，进而减少损耗，提高效率。
[0003]事件触发控制是一种控制机制，即控制器仅在某个事件发生时执行控制动作，而不是像传统数字控制系统中那样周期性地执行。对于功率变换器，事件触发控制可以减少开关损耗。另外，当变换器在微电网中互联工作时，事件触发控制可以降低通信流量，进而减小网络丢包的可能性，提升通信可靠性。
[0004]在变换器的事件触发控制方面，目前已经有一些研究成果，但仅限于拓扑较为简单的直流/直流小功率变换器，在大功率联网工作的交流/直流变换器方面，还未有相关研究工作。在控制算法方面，工业中典型的变换器控制算法为线性比例
‑
积分
‑
微分(PID)控制器，但是当系统中存在参数变化、非线性和负载干扰时，PID控制器性能将明显下降。为了弥补线性控制器的缺点，近年来有较多先进的非线性控制方法用于功率变换器的控制，包括滑模控制，自适应控制，模型预测控制等。
[0005]但是现有的变换器控制方法均存在鲁棒性能差、暂态响应慢、开关损耗大等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决现有变换器控制方法均存在鲁棒性能差、暂态响应慢、开关损耗大的问题，提出了一种三相NPC(Neutral Point Clamped,中性点钳位)变换器的事件触发滑模预测控制方法。
[0007]本专利技术所述的一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法，包括：
[0008]步骤一、根据三相NPC变换器的电路拓扑结构，建立三相NPC变换器的动态模型；
[0009]步骤二、根据步骤一建立的动态模型，获取待控制的变量及变量对应的参考值，所述待控制的变量为：直流输出电压，交流电网电流和中性点电压差；参考值包括：α轴目标电流参考值β轴目标电流参考值和直流输出电压的参考值
[0010]步骤三、利用电压调节环，通过二阶超螺旋滑模控制器(SOSMC)，获得电压调节信号，使直流输出电压x1趋近参直流电压参考值，利用电流跟踪环，通过采用事件触发模型预测控制器，使交流电网电流跟踪电网电流参考值，利用性点电压平衡环，消除中性点电压差，实现对三相NPC变换器预测控制。
[0011]进一步地，本专利技术中，步骤一中，根据三相NPC变换器的电路拓扑结构，建立三相NPC变换器的动态模型的过程为：
[0012]采集三相NPC变换器的输入三相电网电压v
an
，v
bn
，v
cn
，输入三相电流i
a
，i
b
，i
c
，以及占空比控制信号u
a
，u
b
，u
c
，分别通过旋转坐标变换{
·
}
αβγ
＝T{
·
}
abc
将对采集的数据进行坐标转换，得到αβγ坐标系下α轴和β轴的电压v
α
，v
β
，α轴和β轴的电流i
α
，i
β
，α轴、β轴和γ轴开关控制信号u
α
，u
β
，u
γ
；
[0013]其中，v
an
为A相相电压，v
bn
为B相相电压，v
cn
为C相相电压，i
a
为A相相电流，i
b
为B相相电流，i
c
为C相相电流，u
a
为A相开关控制信号，u
b
为B相开关控制信号，u
c
为C相开关控制信号；其中，
[0014][0015]利用坐标转换后得到的数据建立三相NPC变换器的动态模型。
[0016]进一步地，本专利技术中，步骤一中所述的三相NPC变换器的动态模型为：
[0017][0018][0019][0020]式中：L为滤波电感，C为变换器直流输出侧关于中性点对称的两个电容的容值，R
L
为直流输出侧负载，x1＝V
c1
+V
c2
为直流输出电压，x2＝V
c1
+V
c2
为中性点电压差，其中V
c1
、V
c2
分别为中性点上侧和下侧的电容电压，i
αβ
＝[i
α i
β
]T
为坐标变换后的电网电流，v
αβ
＝[v
α v
β
]T
为坐标变换后的电网电压，u
αβ
＝[u
α u
β
]T
为坐标变换后的开关信号，为u
αβ
的转置，分别为x1、x2的一阶导数。
[0021]进一步地，本专利技术中，步骤二中，直流输出电压的参考值取值范围为：600V～800V。
[0022]进一步地，本专利技术中，α轴、β轴目标电流参考值的计算方法为：
[0023]利用设定的瞬时无功功率参考值和计算α轴和β轴的电流参考值其中，为电流参考值。
[0024]进一步地，本专利技术中，步骤三中，二阶超螺旋滑模控制器为：
[0025][0026]其中，e
z
＝z
*
‑
z，λ
dc
是二阶超螺旋滑模控制器输出信号，α
dc
为二阶超螺旋滑模控制器参数，x1/2＝z，z是被控变量，t为时间，u
dc
是二阶超螺旋滑模控制器输出信号。
[0027]进一步地，本专利技术中，所述利用电流跟踪环，通过事件触发模型预测控制器，使交流电网电流跟踪电网电流参考值的过程为：
[0028]利用事件触发模型预测控制器通过控制三个桥臂的开关变量S
x
(x＝a，b，c)，控制电压矢量v，通过电压v的变化，对坐标变换后的α轴目标电流i
α
和β轴目标电流i
β
进行控制，实现对交流电网电流跟踪电网电流参考值；
[0029]所述电压矢量v
[0030][0031]式中，v
aN
为a点对N点的电压，v
bN
为b点对N点的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法，其特征在于，该方法包括：步骤一、根据三相NPC变换器的电路拓扑结构，建立三相NPC变换器的动态模型；步骤二、根据步骤一建立的动态模型，获取待控制的变量及变量对应的参考值，所述待控制的变量包括：直流输出电压，交流电网电流和中性点电压差；参考值包括：α轴目标电流参考值β轴目标电流参考值和直流输出电压的参考值步骤三、利用电压调节环，通过二阶超螺旋滑模控制器，获得电压调节信号，使直流输出电压x1趋近参直流电压参考值，利用电流跟踪环，通过采用事件触发模型预测控制器，使交流电网电流跟踪电网电流参考值，利用性点电压平衡环，消除中性点电压差，实现对三相NPC变换器预测控制。2.根据权利要求1所述的一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法，其特征在于，步骤一中，根据三相NPC变换器的电路拓扑结构，建立三相NPC变换器的动态模型的过程为：采集三相NPC变换器的输入三相电网电压v
an
，υ
bn
，v
cn
，输入三相电流i
a
，i
b
，i
c
，以及占空比控制信号u
a
，u
b
，u
c
，分别通过旋转坐标变换{
·
}
αβγ
＝T{
·
}
abc
将对采集的数据进行坐标转换，得到αβγ坐标系下α轴和β轴的电压v
α
，v
β
，α轴和β轴的电流i
α
，i
β
，α轴、β轴和γ轴开关控制信号u
α
，u
β
，u
γ
；其中，v
an
为A相相电压，υ
bn
为B相相电压，v
cn
为C相相电压，i
a
为A相相电流，i
b
为B相相电流，i
c
为C相相电流，u
a
为A相开关控制信号，u
b
为B相开关控制信号，u
c
为C相开关控制信号；其中，利用坐标转换后得到的数据建立三相NPC变换器的动态模型。3.根据权利要求1或2所述的一种三相NPC变换器的事件触发滑模预测控制方法，其特征在于，步骤一中所述的三相NPC变换器的动态模型为：征在于，步骤一中所述的三相NPC变换器的动态模型为：征在于，步骤一中所述的三相NPC变换器的动态模型为：式中：L为滤波电感，C为变换器直流输出侧关于中性点对称的两个电容的容值，R
L
为直流输出侧负载，x1＝V
c1
+V
c2
为直流输出电压，x2＝V
c1
‑
V
c2
为中性点电压差，其中V
c1
、V
c2
分别为
中性点上侧和下侧的电容电压，i
αβ
＝[i
α i
β
]
T
为坐标变换后的电网电流，v
αβ
＝[v
α v
β
]
T
为坐标变换后的电网电压，u
αβ
＝[u
α u<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文晟，王高林，吴立刚，徐殿国，吴承伟，姚蔚然，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：