【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子，尤其涉及四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法。
技术介绍
1、四桥臂电压源逆变器(voltage source inverters,vsis)被视为是解决单/三相线性(不)平衡和非线性负载问题的有效方案，其中中性桥臂提供更大的控制灵活性并改善输出电压质量。带lc滤波器的三相四桥臂逆变器被广泛用于需要高质量电压的电力电子应用中，如分布式发电、不间断电源、有源电力滤波器和通用电能质量调节器等。许多非线性控制策略已经被提出，用来改善带lc滤波器的vsis的输出电压质量和降低总谐波失真(total harmonic distortion,thd)。其中，有限控制集模型预测控制(finite controlset-model predictive control,fcs-mpc)因其实现简单、动态响应迅速、多变量处理能力和多目标控制能力等优势而被认为是一种有前景的控制方法。
2、尽管fcs-mpc具有上述优点，但在每个开关周期内仅使用一个电压矢量，这将导致稳态性能恶化以及开关频率可变。可变的开关频率会扩大正弦输出电压/电流中的谐波分布，不利于lc滤波器的设计。为了解决fcs-mpc的上述缺点，具有连续控制集(continuouscontrol set,ccs)的多矢量mpc被广泛研究，其在控制器的设计中嵌入了调制环节，因此被称为调制型模型预测控制(modulatedmodel predictive control,m2pc)。为了优化逆变器基本电压矢量的占空比和预测精度，danxiao等、
3、此外，为了获得三桥臂逆变器候选电压矢量的最优占空比，现有方法将代价函数表述为候选矢量占空比(或单个采样周期内的持续时间)的函数。然后，通过求解代价函数的局部最小值得到候选矢量的最优占空比。然而，仅利用单个成本函数很难同时获得四桥臂逆变器的三个(或更多)候选矢量的最优占空比。dan xiao等将候选矢量依次代入代价函数，分别得到单个候选矢量的最优占空比，然后按比例加权，得到多个矢量的最优占空比。虽然该方法减少了计算量，但寻找单个变量的最优解会以牺牲性能为代价。此外，随着更复杂的逆变器拓扑和lc滤波器的采用，系统的阶数变高，这将增加系统的变量个数和复杂度，因此需要简化成本函数以减轻计算负担。
4、电容电压、电感电流和负载电流的实时感知对于获得带输出滤波器的三相vsis的精确预测模型至关重要。然而，传感器会增加硬件体积和成本，并影响系统的可靠性。wai-kit sou等设计了一种全阶耦合电容电压观测器，实现了与直接感知电容电压近似的性能。nguyen ngocnam等为lcl滤波并网逆变器开发了一种扰动观测器来监测电网电压。patricio cortés等提出了一种全阶负载电流观测器来提高控制器的性能。但是，该方法仍然需要测量电感电流。李琰琰等提出了一种基于滑模观测器的无滤波电感电流传感器mpc方案。然而，上述观测器仍然需要外部负载电流信息。
5、为了消除对电感和负载电流传感器的需求，郑长明等和杨勇等设计了基于电容电流的全阶观测器，实现了与使用电流传感器相当的控制性能。在实际应用中，全阶观测器的稳定性会受到模型参数摄动和测量噪声的影响。刘通等设计了一种基于强跟踪卡尔曼滤波算法的观测器，用于获取三桥臂逆变器的电容电流。由于四桥臂拓扑的硬件成本很高，因此减小四桥臂vsis的尺寸和费用是可取的。对此，danxiao等提出了一种滑模估计方法来估计四桥臂vsis的滤波电容电流。然而，滑模参数不容易获得，并且由于每个控制周期只使用一个矢量，因此需要高采样频率以实现所需性能。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法。首先，推导系统的离散预测模型并进行精确简化。此外，设计了一个具有drem程序的gpebo，用于观察滤波电容器电流，以确保在较弱的区间激励(ie)条件下具有有限时间收敛(ftc)的性质。为了降低计算复杂度，定义一种参考矢量的坐标变换方式，将优化目标从电容器电压矢量转换为逆变器输出电压矢量，从而消除控制集无关项。然后，通过两步优化得到预测矢量的最优角度和最优长度。最后，推导多个候选矢量的最优占空比，以提高输出电压质量。
2、本专利技术的技术方案为：
3、四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1：利用两步外推法计算得到k+2时刻lc滤波四桥臂逆变器电容电压矢量的参考值；
5、
6、其中，和分别为k+2、k、k-1和k-2时刻的电容电压矢量参考值，k为当前时刻；
7、步骤2：建立lc滤波四桥臂逆变器电容电压离散预测模型并定义其代价函数；
8、步骤2.1：在αβγ参考系下对lc滤波四桥臂逆变器系统进行分析，建立lc滤波四桥臂逆变器系统的状态方程；所述lc滤波四桥臂逆变器系统的状态方程包括α分量、β分量和γ分量，α、β和γ分别为αβγ参考系下的α轴方向、β轴方向和γ轴方向；
9、所述lc滤波四桥臂逆变器系统的状态方程的α分量为：
10、
11、其中，ilα为电感电流的α分量，ioα为负载电流的α分量，vcα为电容电压的α分量，vnα逆变器输出电压的α分量；l为滤波电感，c为滤波电容，t表示时间；
12、步骤2.2：使用后向欧拉法对lc滤波四桥臂逆变器系统的状态方程的α分量、β分量和γ分量进行离散化，得到lc滤波四桥臂逆变器系统的离散状态方程；
13、所述lc滤波四桥臂逆变器系统的离散状态方程为：
14、
15、其中，il(k)为k时刻的电感电流矢量且il(k)＝[ilα(k) ilβ(k) ilγ(k)]t，ilα(k)为k时刻的电感电流的α分量，ilβ(k)为k时刻的电感电流的β分量，ilγ(k)为k时刻的电感电流的γ分量，il(k+1)为k+1时刻的电感电流矢量；io(k+1)为k+1时刻的负载电流矢量且io(k+1)＝[ioα(k+1) ioβ(k+1) ioγ(k+1)]t，ioα(k+1)为k+1时刻的负载电流的α分量，ioβ(k+1)为k+1时刻的负载电流的β分量，ioγ(k+1)为k+1时刻的负载电流的γ分量；vc(k)为k时刻的电容电压矢量且vc(k)＝[vcα(k) vcβ(k) vcγ(k)]t，vcα(k)为k时刻的电容电压的α分量，vcβ(k)为k时刻的电容电压的β分量，vcγ(k)为k时刻的电容电压的γ分量，vc(k+1)为k+1时刻的电容电压矢量；vn(k+1)为k+1时刻的逆变器电压矢量且vn(k+1)＝[vnα(k+1) vnβ(k+1) vnγ(k+1)]t，vnα(k+1)为k+1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤1中所述两步外推法为：
3.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤3具体包括：
5.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤4具体包括：
6.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤5具体为：利用四桥臂电压源逆变器的16种开关状态对应的基本电压矢量构成六个三棱柱，每个三棱柱包含四个四面体，其中每个四面体被视为一种可选矢量组合，零矢量以及使优化后的代价函数最小的3个矢量作为候选矢量组合；
7.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤6具体包
8.根据权利要求7所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤7具体为：vn0～vn3的最优持续时间分别为(1-dn,opt)Ts，dn,optd1,optTs，dn,optd2,optTs和dn,opt(1-d1,opt-d2,opt)Ts。
...【技术特征摘要】
1.一种四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤1中所述两步外推法为：
3.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤3具体包括：
5.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型预测控制方法，其特征在于，步骤4具体包括：
6.根据权利要求1所述的四桥臂逆变器无电流传感器改进调制型模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：李东航，邵虹君，王瑛，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。