【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子，尤其涉及一种基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法。
技术介绍
1、准z源逆变器(quasi z-source inverter，qzsi)相对于传统电压源逆变器(voltage-source inverter，vsi)具有升降压灵活控制、单级式拓扑升压、输出波形畸变小以及允许桥臂直通等优点。qzsi有直流侧电感电流、电容电压和输出电流等多个控制目标，需要使用多个控制模块分别对上述控制目标进行对应控制，且控制结构较为复杂。qzsi的控制方法主要包括调制方法和以模型预测控制方法为代表的非线性控制方法。与调制方法相比，有限集模型预测控制方法(finite-control-set model predictive control，fcs-mpc)因具有无需调制器、抗扰动能力强以及多变量控制等优点在电力电子领域应用广泛，但fcs-mpc方法存在开关频率不固定、输出电流高次谐波含量大的劣势。由于fcs-mpc方法在一个控制周期内只输出一种矢量，一个控制周期内作用矢量种类少，因此fcs-mpc方法的控制效果严重依赖于高开关频率，从而导致开关频率较高。fcs-mpc方法通过计算代价函数来选择最优矢量，选择代价函数最小值对应的矢量作为最优矢量并应用于下一个控制周期，代价函数中的权重系数大小表示每一个控制目标的优先级等级。目前，对于权重系数的整定暂无解析方法，通常需要基于调试经验经过多次调整得到，在qzsi的多个控制目标的条件下，权重系数的整定困难且耗时。吴春等人提出了一种基于改进fcs-mpc的适用于qzsi
2、为降低逆变器的开关频率，减少开关损耗以提高逆变器使用寿命，已有不少学者对此展开了相关研究。岳远宏等人提出了一种适用于qzsi的有限开关序列模型预测控制方法(finite switching sequence-model predictive control，fss-mpc)，该方法仅保留单桥臂直通模式，降低了逆变器的开关频率，但该方法需在每个控制周期内确定矢量序列并实时计算各个矢量序列的作用时间，计算量较大，影响逆变器的动态性能。程俊等人提出了一种适用于三相储能型准z源并网逆变器的有限开关序列模型预测直接功率控制方法，该方法通过定义开关序列，每种开关序列包含2个有效矢量、1个零矢量和1个直通矢量，实现了降低开关频率的目标，但计算过程复杂，计算量较大，输出电流的总谐波失真(toatalharmonic distortion，thd)较大。上述方法通过定义开关序列的方式减小开关频率，从而影响逆变器输出动态性能，使输出电流thd增大。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术提出一种基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，设计了单桥臂和两桥臂直通矢量集及两个矢量集的作用区域，实现了通过减少开关状态切换次数以降低开关频率和省去权重因子整定过程的控制目标。
2、本专利技术提出的一种基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，该方法包括如下步骤：
3、步骤1：对准z源逆变器的电压值和电流值进行实时采样；
4、步骤2：建立准z源逆变器离散数学模型；
5、步骤3：基于s-mpc方法设计单桥臂和两桥臂直通矢量集及两个矢量集的作用区域，并利用准z源逆变器离散数学模型计算代价函数，得到第k+1个时刻准z源逆变器输出的最优矢量；所述最优矢量为最优直通矢量或最优非直通矢量；
6、步骤4：将第k+1个时刻准z源逆变器输出的最优矢量在第k+1时刻应用于准z源逆变器；
7、步骤1中所述实时采样的过程为：记当前为第k个采样时刻，对准z源逆变器的电压值和电流值进行实时采样，得到电压采样值和电流采样值；
8、所述电压采样值包括：电容电压uc1(k)；
9、所述电流采样值包括：电感电流il1(k)以及a相、b相和c相的三相输出电流ioa(k)、iob(k)和ioc(k)；
10、将三相输出电流采样值ioa(k)、iob(k)和ioc(k)由三相静止坐标系变换至两相静止αβ坐标系下，得到输出电流的α轴分量ioα(k)和β轴分量ioβ(k)；
11、所述步骤2进一步包括：
12、步骤2.1：建立准z源逆变器交流侧微分方程并离散化，得到逆变器交流侧离散数学模型；
13、步骤2.2：分别建立非直通状态下的直流侧准z源阻抗网络的微分方程和直通状态下的直流侧准z源阻抗网络的微分方程并离散化，得到非直通状态下的逆变器直流侧离散数学模型和直通状态下的逆变器直流侧离散数学模型；
14、步骤2.3：对准z源逆变器交流侧离散数学模型、非直通状态下的逆变器直流侧离散数学模型和直通状态下的逆变器直流侧离散数学模型进行延时补偿，得到第k+2个时刻的准z源逆变器交流侧离散数学模型、非直通状态下的逆变器直流侧离散数学模型和直通状态下的逆变器直流侧离散数学模型；
15、所述步骤3进一步包括：
16、步骤3.1：计算电感电流il1、电容电压uc1、输出电流幅值、输出电流的α轴分量ioα和输出电流的β轴分量ioβ的参考值；
17、步骤3.2：利用步骤3.1计算的各参考值分别建立电容电压的代价函数和输出电流的代价函数；
18、步骤3.3：分别建立直通状态下电感电流的代价函数gs和非直通状态下电感电流的代价函数gns；
19、步骤3.4：构建直通状态下的矢量集和非直通状态下的矢量集；其中所述直通状态下的矢量集包括单桥臂直通矢量集和两桥臂直通矢量集；
20、步骤3.5：比较直通状态和非直通状态下电感电流的代价函数gs和gns，若gs小于gns，则第k+1个时刻的准z源逆变器为直通状态，并执行步骤3.6；若gns小于gs，则第k+1个时刻的准z源逆变器为非直通状态，执行步骤3.7；
21、步骤3.6：从单桥臂直通矢量集和两桥臂直通矢量集中选取第k+1个时刻准z源逆变器输出的最优直通矢量；
22、步骤3.7：利用电容电压的代价函数gc和输出电流的代价函数gi从非直通矢量集中选取第k+1个时刻准z源逆变器输出的最优非直通矢量；
23、步骤3.2中所述电容电压的代价函数gc和输出电流的代价函数gi分别为：
24、
25、其中gc为电容电压的代价函数；gi为输出电流的代价函数；uc1_ref(k)为第k个时刻电容电压的参考值；uc1(ns)(k+2)为非直通状态下电容电压uc1在第k+2个时刻的预测值；ioα_ref(k)和ioβ_ref(k)分别为第k个时刻ioα和ioβ的参考值；ioα(k+2)和ioβ(k+2)分别为ioα和ioβ在第k+2个时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，步骤1中所述实时采样的过程为：记当前为第k个采样时刻，对准Z源逆变器的电压值和电流值进行实时采样，得到电压采样值和电流采样值；
3.根据权利要求1所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：
4.根据权利要求1所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：
5.根据权利要求4所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，步骤3.2中所述电容电压的代价函数gC和输出电流的代价函数gi分别为：
6.根据权利要求4所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，步骤3.3中所述直通状态下电感电流的代价函数gs和非直通状态下电感电流的代价函数gns为：
7.根据权利要求4所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模
8.根据权利要求7所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3.6进一步包括：
9.根据权利要求8所述基于混合直通矢量的准Z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3.7进一步包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，步骤1中所述实时采样的过程为：记当前为第k个采样时刻，对准z源逆变器的电压值和电流值进行实时采样，得到电压采样值和电流采样值；
3.根据权利要求1所述基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：
4.根据权利要求1所述基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：
5.根据权利要求4所述基于混合直通矢量的准z源逆变器级联模型预测控制方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：何林泉，邵虹君，李东航，黄甫天，段洪君，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。