一種適用于三相并網逆變器的雙零矢量模型預測控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于三相并網逆變器的雙零矢量模型預測控制方法。
【背景技術】
[0002] 模型預測控制是一種計算機控制方法，有著深刻的實際工程應用背景。它釆用實 時預測、滾動優(yōu)化和反饋校正機制，對干擾和不確定性因素有較好的適應性，可達到較好 的控制效果。模型預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)模型來進行預 測，然后利用價值函數在線計算出最優(yōu)控制信號。
[0003] 假設系統(tǒng)變量在鞏時刻的采樣值為X (k)，被控系統(tǒng)的預測模型可描述為：
[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 產生相應的η組預測值。然后使用價值函數來評估這η個預測值與參考值的差距。價值函 數值越小，預測值與參考值就越接近。所以使價值函數最小的控制策略被選定為最優(yōu)控制 策略。如圖1中在tk時刻得到的η個預測值中，Xl(k+1)與參考值最接近，所以此時控制策 略采用Sp
[0006] 在三相逆變器的模型預測控制中，控制策略共有7種，即零矢量和六個非零矢量， 如圖2所示。逆變器的模型預測控制過程如圖3所示，根據輸出側采樣電流和預測模型可 計算出7個預測電流i (k+Ι)，然后利用價值函數來衡量這7個預測電流與參考電流的接近 度，常用的價值函數如下：
[0008] 式中，ia (k+Ι)和ip (k+Ι)為預測電流；i/和i /為參考電流。最后，使價值函數 最小的開關狀態(tài)被系統(tǒng)采用。
[0009] 三相逆變器的六個開關管共有8種開關組合。由于兩個零矢量V。和V 7產生的輸 出效果一樣，所以通常只選擇一種零矢量參與模型預測控制。若采用％參與控制，則下橋 臂開關的導通損耗會多于上橋臂；若采用^參與控制，則上橋臂開關的導通損耗會多于下 橋臂。因此，只使用一種零矢量會造成上、下橋臂開關的損耗失衡，引起發(fā)熱不均，影響整個 逆變器的使用壽命。

【發(fā)明內容】

[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逆變器的雙零矢量模型預 測控制方法，本方法通過建立一個新的判據來合理地分配兩種零矢量。與傳統(tǒng)的模型預測 控制方法相比，本方法可以有效地平衡上、下橋臂開關損耗和減少開關次數。
[0011] 為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0012] -種適用于三相并網逆變器的雙零矢量模型預測控制系統(tǒng)，包括預測模塊、價值 函數模塊、逆變器和濾波器，其中，預測模塊根據采集濾波器的輸出信號，建立預測模型，價 值函數模塊用于衡量預測值與參考值的接近程度，將使價值函數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)開關矢量。
[0013] 所述最優(yōu)開關矢量為非零矢量，則采用其對應的控制信號；若最優(yōu)矢量為零矢量， 則根據不等式判據選擇某一個零矢量并采用相應的控制信號。
[0014] 一種適用于三相并網逆變器的雙零矢量模型預測控制方法，包括以下步驟：
[0015] (1)根據系統(tǒng)結構和參數建立預測模型，利用預測模型預測系統(tǒng)狀態(tài)；
[0016] (2)利用價值函數來衡量預測值與參考值的接近程度，將使價值函數最小的控制 策略被選定為最優(yōu)控制策略，篩選出最優(yōu)開關矢量；
[0017] (3)判斷最優(yōu)開關矢量是否為零矢量，若最優(yōu)開關矢量為非零矢量，則采用其對應 的控制信號；若最優(yōu)矢量為零矢量，則根據不等式判據選擇某一個零矢量并采用相應的控 制信號；
[0018] (4)進入下一采樣周期，重復步驟（1)-⑶。
[0019] 所述步驟（1)中，預測模型是根據系統(tǒng)結構和參數建立起的可計算未來系統(tǒng)狀態(tài) 變量的數學模型。
[0020] 所述步驟⑴中，設系統(tǒng)變量在鞏時刻的采樣值為x(k)，被控系統(tǒng)的預測模型描 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，價值函數是一個用來衡量預測值與參考值接近程度的函數，采 用如下公式：
[0025] 式中，ia (k+Ι)和ip (k+Ι)為預測電流；i/和i /為參考電流。
[0026] 所述步驟⑵中，設定系統(tǒng)共有有限的η種控制策略S2、Sn，則產生有η組 輸入量產生相應的η組預測值，利用價值函數來評估η個預測值與參考值的差距，使價值函 數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，當最優(yōu)開關矢量為零矢量，不等式判據為：
[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狀態(tài)，當等式成立時，選用 V7 (111)，否則選用 Vq(OOO)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果為：
[0031] 通過建立一個新的判據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 開關損耗，減少總開關次數。
【附圖說明】
[0032] 圖1為模型預測控制原理；
[0033] 圖2為三相逆變器的電壓矢量；
[0034] 圖3為三相并網逆變器的模型預測控制結構圖；
[0035] 圖4為雙零矢量模型預測控制算法流程圖。
【具體實施方式】：
[0036] 下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0037] 模型預測控制是一種計算機控制方法，有著深刻的實際工程應用背景。它釆用實 時預測、滾動優(yōu)化和反饋校正機制，對干擾和不確定性因素有較好的適應性，可達到較好 的控制效果。模型預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)模型來進行預 測，然后利用價值函數在線計算出最優(yōu)控制信號。
[0038] 假設系統(tǒng)變量在鞏時刻的采樣值為X (k)，被控系統(tǒng)的預測模型可描述為：
[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 產生相應的η組預測值。然后使用價值函數來評估這η個預測值與參考值的差距。價值函 數值越小，預測值與參考值就越接