基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法，针对三相三电平T型整流器，提出了一种改进的模型预测控制来调节瞬时有功功率和无功功率，并且平衡中点电压，同时采用滑模控制代替传统的PI控制来调节输出电压。该模型预测功率控制方法先通过滑模控制计算出有功功率参考值，再找出最优虚拟开关矢量所在的扇区，然后在该扇区中找到最优开关矢量，最后根据找出的最优开关状态对T型三电平整流器的各个开关器件进行控制。本发明专利技术相比于结合PI的传统模型预测功率控制，能够减小算法的计算量，大大加快了T型三电平整流器的动态响应速度，使其性能表现良好。使其性能表现良好。使其性能表现良好。

【技术实现步骤摘要】
基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法


[0001]本专利技术涉及三电平PWM整流
，特别涉及结合滑模控制器的改进模型预测功率控制
，具体涉及一种基于滑模控制的T型三电平整流器改进模型预测功率控制方法。

技术介绍

[0002]近年来随着大型充电桩和大功率储能装置越来越得到人们的关注，其中整流器是其中的一个重要环节，与传统的两电平整流器相比，三电平整流器输入电流谐波含量低，对电网的影响小，输出电压更加稳定。
[0003]模型预测控制是一种新型的非线性预测控制策略，该控制策略需要建立一个能预测未来行为的数学模型，通常需要构建目标函数，选择使目标函数最小的控制量对系统进行控制，进而使得系统能够跟踪上给定参考值。对于传统的三电平整流器的模型预测控制而言，其计算量大，需要27个计算周期来求得最优开关矢量，消耗了大量的计算资源，提高了硬件成本，目前，应用于整流器的模型预测功率控制基本都是使用PI控制器来产生参考功率，其动态响应速度较慢，过渡时间较长，难以适应负载变化较大的场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于滑模控制的T型三电平整流器改进模型预测功率控制方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0006]一种基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法，所述模型预测功率控制方法包括以下步骤：
[0007]S1、根据T型三电平整流器的直流侧的数学模型设计电压滑模面，令电压滑模面为0得到初步有功功率参考值，在所述初步有功功率参考值的基础上添加纠正函数，进而得到最终的有功功率参考值；
[0008]S2、设计一个寻找最佳扇区的第一目标函数，将每个扇区的中心矢量代入第一目标函数中，将使得第一目标函数的值最小的中心矢量所对应的扇区作为最佳扇区；
[0009]S3、设计一个寻找最优开关矢量的第二目标函数，将步骤S2中求出的最佳扇区中包含的所有开关矢量代入第二目标函数，将使得第二目标函数的值最小的开关矢量为最优开关矢量；
[0010]S4、通过微控制器将步骤S3求出的T型三电平整流器的最优开关矢量所对应的开关状态输出给功率开关器件，从而对功率开关器件进行控制。
[0011]进一步地，所述T型三电平整流器包括27个开关矢量，其中3个零矢量，分别为PPP、OOO和NNN，这里用OOO代替其他两个开关零矢量；其余24个开关矢量分别为6个长矢量、6个中矢量和12个短矢量；大扇区Ⅰ的开关矢量包括：OOO，PNN，PPN；大扇区Ⅱ开关矢量包括：OOO，PPN，NPN；大扇区Ⅲ开关矢量包括：OOO，NPN，NPP；大扇区Ⅳ开关矢量包括：OOO，NPP，
NNP；大扇区
Ⅴ
开关矢量包括：OOO，NNP，PNP；大扇区
Ⅵ
开关矢量包括：OOO，PNP，PNN；大扇区I内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，POO，ONN，PPO，OON；大扇区I内的小扇区
②
开关矢量包括：POO，ONN，PNN，PON；大扇区I内的小扇区
③
开关矢量包括：POO，ONN，PON，PPO，OON；大扇区I内的小扇区
④
的开关矢量包括：PON，PPN，PPO，OON；大扇区II内的小扇区
①
的开关矢量包括：OOO，PPO，OON，OPO，NON；大扇区II内的小扇区
②
开关矢量包括：PPO，OON，PPN，OPN；大扇区II内的小扇区
③
开关矢量包括：PPO，OON，OPN，OPO，NON；大扇区II内的小扇区
④
开关矢量包括：OPO，NON，OPN，NPN；大扇区III内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，OPO，NON，OPP，NOO；大扇区III内的小扇区
②
开关矢量包括：OPO，NON，NPN，NPO；大扇区III内的小扇区
③
开关矢量包括：OPO，NON，NPO，OPP，NOO；大扇区III内的小扇区
④
开关矢量包括：NPO，NPP，OPP，NOO；大扇区IV内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，OPP，NOO，OOP，NNO；大扇区IV内的小扇区
②
开关矢量包括：OPP，NOO，NPP，NOP；大扇区IV内的小扇区
③
开关矢量包括：OPP，NOO，NOP，OOP，NNO；大扇区IV内的小扇区
④
开关矢量包括：OOP，NNO，NOP，NNP；大扇区V内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，OOP，NNO，POP，ONO；大扇区V内的小扇区
②
开关矢量包括：OOP，NNO，NNP，ONP；大扇区V内的小扇区
③
开关矢量包括：OOP，NNO，ONP，POP，ONO；大扇区V内的小扇区
④
开关矢量包括：POP，ONO，ONP，PNP；大扇区VI内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，POO，ONN，POP，ONO；大扇区VI内的小扇区
②
开关矢量包括：POP，ONO，PNP，PNO；大扇区VI内的小扇区
③
开关矢量包括：POP，ONO，PNO，POO，ONN；大扇区VI内的小扇区
④
开关矢量包括：POO，ONN，PNN，PNO。通过这样区分扇区可以缩小最优矢量选取范围，减少算法的计算量。
[0012]进一步地，所述步骤S1中，选取的电压滑模面和有功功率参考值的表达式如下所示：
[0013]其中，s为电压滑模面，U
ref
是输出电压的给定值，U
dc
是输出电压的值，I
dc
为输出电流的值，C为直流侧的电容值，y1和y2分别为第一纠正函数1和第二纠正函数2，P
ref
为有功功率的参考值，k1、k2、A、B为需要设置的正参数值，k1、k2与T型三电平整流器输出电压趋近于电压滑模面的速度有关，A、B与纠正函数的动态响应速度有关。通过这个滑模控制产生的参考功率能够以指数形式达到稳态值，大大加快了T型三电平整流器的动态响应速度。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，求最优虚拟开关矢量所在的扇区的公式如下所示：
[0015]其中，J表示第一目标函数，Q
ref
为无功功率参考值，P
ref
为有功功率的参考值，T
s
表示采样时间，P
i
(k)和P
i
(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的有功功
率，Q
i
(k)和Q
i
(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的无功功率，P(k)和Q(k)为第k时刻的有功功率和无功功率，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，所述模型预测功率控制方法包括以下步骤：S1、根据T型三电平整流器的直流侧的数学模型设计电压滑模面，令电压滑模面为0得到初步有功功率参考值，在所述初步有功功率参考值的基础上添加纠正函数，进而得到最终的有功功率参考值；S2、设计一个寻找最佳扇区的第一目标函数，将每个扇区的中心矢量代入第一目标函数中，将使得第一目标函数的值最小的中心矢量所对应的扇区作为最佳扇区；S3、设计一个寻找最优开关矢量的第二目标函数，将步骤S2中求出的最佳扇区中包含的所有开关矢量代入第二目标函数，将使得第二目标函数的值最小的开关矢量为最优开关矢量；S4、通过微控制器将步骤S3求出的T型三电平整流器的最优开关矢量所对应的开关状态输出给功率开关器件，从而对功率开关器件进行控制。2.根据权利要求1所述的基于滑模控制的T型三电平整流器改进模型预测功率控制方法，其特征在于，所述T型三电平整流器包括27个开关矢量，其中3个零矢量，分别为PPP、OOO和NNN，这里用OOO代替其他两个开关零矢量；其余24个开关矢量分别为6个长矢量、6个中矢量和12个短矢量；大扇区Ⅰ的开关矢量包括：OOO，PNN，PPN；大扇区Ⅱ开关矢量包括：OOO，PPN，NPN；大扇区Ⅲ开关矢量包括：OOO，NPN，NPP；大扇区Ⅳ开关矢量包括：OOO，NPP，NNP；大扇区
Ⅴ
开关矢量包括：OOO，NNP，PNP；大扇区
Ⅵ
开关矢量包括：OOO，PNP，PNN；大扇区I内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，POO，ONN，PPO，OON；大扇区I内的小扇区
②
开关矢量包括：POO，ONN，PNN，PON；大扇区I内的小扇区
③
开关矢量包括：POO，ONN，PON，PPO，OON；大扇区I内的小扇区
④
的开关矢量包括：PON，PPN，PPO，OON；大扇区II内的小扇区
①
的开关矢量包括：OOO，PPO，OON，OPO，NON；大扇区II内的小扇区
②
开关矢量包括：PPO，OON，PPN，OPN；大扇区II内的小扇区
③
开关矢量包括：PPO，OON，OPN，OPO，NON；大扇区II内的小扇区
④
开关矢量包括：OPO，NON，OPN，NPN；大扇区III内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，OPO，NON，OPP，NOO；大扇区III内的小扇区
②
开关矢量包括：OPO，NON，NPN，NPO；大扇区III内的小扇区
③
开关矢量包括：OPO，NON，NPO，OPP，NOO；大扇区III内的小扇区
④
开关矢量包括：NPO，NPP，OPP，NOO；大扇区IV内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，OPP，NOO，OOP，NNO；大扇区IV内的小扇区
②
开关矢量包括：OPP，NOO，NPP，NOP；大扇区IV内的小扇区
③
开关矢量包括：OPP，NOO，NOP，OOP，NNO；大扇区IV内的小扇区
④
开关矢量包括：OOP，NNO，NOP，NNP；大扇区V内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，OOP，NNO，POP，ONO；大扇区V内的小扇区
②
开关矢量包括：OOP，NNO，NNP，ONP；大扇区V内的小扇区
③
开关矢量包括：OOP，NNO，ONP，POP，ONO；大扇区V内的小扇区
④
开关矢量包括：POP，ONO，ONP，PNP；大扇区VI内的小扇区
①
开关矢量包括：OOO，POO，ONN，POP，ONO；大扇区VI内的小扇区
②
开关矢量包括：POP，ONO，PNP，PNO；大扇区VI内的小扇区
③
开关矢量包括：POP，ONO，PNO，POO，ONN；大扇区VI内的小扇区
④
开关矢量包括：POO，ONN，PNN，PNO。3.根据权利要求2所述的基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，选取的电压滑模面和有功功率参考值的表达式如下所示：
其中，s为电压滑模面，U
ref
是输出电压的给定值，U
dc
是输出电压的值，I
dc
为输出电流的值，C为直流侧的电容值，y1和y2分别为第一纠正函数1和第二纠正函数2，P
ref
为有功功率的参考值，k1、k2、A、B为需要设置的正参数值，k1、k2与T型三电平整流器输出电压趋近于电压滑模面的速度有关，A、B与纠正函数的动态响应速度有关。4.根据权利要求2所述的基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，段新威，周海兰，刘清华，赵明，庄胜加，
申请(专利权)人：珠海中力新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：