一種dc-ac逆變器離散控制和預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及一種DC-AC逆變器離散控制和預(yù)測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電子技術(shù)是21世紀(jì)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，其對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、城市 供電、節(jié)能和環(huán)境污染控制等方面產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。電力電子技術(shù)通過(guò)電力電子變換 器完成電能的變換，主要包括AC-DC(Alte;rnatingCurrent-DirectQirrent)、AC-AC、DC- AC、DC-DC等四大類變換器，其中DC-AC逆變器是最常見(jiàn)的電力電子變換器，其將直流變換為 交流。隨著DC-AC逆變器應(yīng)用的日益廣泛，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ζ湫阅芤笤絹?lái)越高，對(duì)此主要是通 過(guò)研究新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和先進(jìn)的控制策略來(lái)提高變換器的性能。
[0003] DC-AC逆變器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是含有功率開(kāi)關(guān)器件，W圖1所示的典型雙層電壓型 DC-AC逆變器(TwoLevelVoltageSourceInve;rte;r，21^-VSI)為例，電力電子變換器控制 實(shí)際上是選擇合適的開(kāi)關(guān)信號(hào)使得給定系統(tǒng)變量趨向期望值。傳統(tǒng)控制方案使用基于脈寬 調(diào)制技術(shù)的線性PI(PropodionalIntegral)控制方法，如圖2所示，通過(guò)PI控制器 (ProportionalIntegralControlIer)反饋計(jì)算變換器輸出量（電壓或電流)的參考值，再 通過(guò)脈寬調(diào)制方法(PulseWi化hModulation，PWM)實(shí)現(xiàn)該參考值。
[0004] 如圖2所示的基于脈寬調(diào)制的傳統(tǒng)PI控制方案，忽略了PWM動(dòng)態(tài)過(guò)程，僅考慮系統(tǒng) 的負(fù)載動(dòng)態(tài)，無(wú)法體現(xiàn)DC-AC逆變器本質(zhì)的混雜特性W及一個(gè)脈寬周期內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的 變化過(guò)程，各變量間存在較強(qiáng)的禪合，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的解禪控制，且響應(yīng)速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn) 優(yōu)化控制，也無(wú)法考慮系統(tǒng)狀態(tài)變量與系統(tǒng)輸出的約束條件，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)DC-AC逆 變器的性能與效率越來(lái)越苛刻的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種DC-AC逆變器離散控制和預(yù)測(cè)控制方法，W克服現(xiàn)有 技術(shù)中的不足。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)了一種DC-AC逆變器離散控制和預(yù)測(cè)控制方法，包括：
[000引（1 )、建立基本電壓至間矢量圖，該矢量圖構(gòu)成六邊形的立條對(duì)角線，所述立條對(duì) 角線分隔成6個(gè)扇區(qū)，在空間矢量脈寬調(diào)制的每個(gè)扇區(qū)內(nèi)，對(duì)脈寬周期進(jìn)行子周期劃分，采 用固定對(duì)稱的開(kāi)關(guān)切換順序，W子采樣周期對(duì)脈寬周期內(nèi)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行離散化，建立DC-AC逆變器離散狀態(tài)空間模型；
[0009] (2)、WTs為采樣周期進(jìn)行劃分后，扇區(qū)內(nèi)每個(gè)脈寬周期可分為7個(gè)區(qū)域，W第一區(qū) 域子周期個(gè)數(shù)nl，第二區(qū)域子周期個(gè)數(shù)n2和第S區(qū)域子周期個(gè)數(shù)n3為控制變量，W子周期 數(shù)代替占空比作為控制輸入，減小在線計(jì)算量。
[0010] 優(yōu)選的，在上述的DC-AC逆變器離散控制和預(yù)巧雌審巧法中，W每個(gè)扇區(qū)內(nèi)各脈寬 周期中每個(gè)區(qū)域所占子周期個(gè)數(shù)為控制變量，W系統(tǒng)輸出與期望值之差，開(kāi)關(guān)損耗，頻率特 性，功率因數(shù)的加權(quán)值之和為指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)優(yōu)化控制，并且可在優(yōu)化過(guò)程中增加系 統(tǒng)工作電流值，輸出電壓變化率約束條件。
[0011] 優(yōu)選的，在上述的DC-AC逆變器離散控制和預(yù)測(cè)控制方法中，所述步驟(2)中，離散 狀態(tài)空間模型滿足：
[0012] 第一區(qū)域：
[0014] 第二區(qū)域；
[0016] 第；區(qū)域：
[0018] 第四區(qū)域模型同第一區(qū)域，第五區(qū)域同第=區(qū)域，第六區(qū)域同第二區(qū)域，第屯區(qū)域 同第一區(qū)域，其中，k表示當(dāng)前子周期，k+1表示下一子周期，isp為電流，isp=id+jiq由兩個(gè)分 量組成，L為負(fù)載電感值，R為負(fù)載電阻值，Ts為子采樣周期。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0020] (1)通過(guò)對(duì)每個(gè)扇區(qū)內(nèi)脈寬周期進(jìn)行子周期劃分，可建立系統(tǒng)的離散時(shí)間狀態(tài)空 間模型，能夠體現(xiàn)DC-AC逆變器內(nèi)在的混雜特性，可獲得脈寬周期內(nèi)系統(tǒng)模態(tài)的切換和狀態(tài) 變化過(guò)程，解決了傳統(tǒng)控制方案中忽略PWM脈寬周期內(nèi)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的缺點(diǎn)，為預(yù)測(cè)控制方 案設(shè)計(jì)提供模型基礎(chǔ)。
[0021] (2)脈寬周期內(nèi)每個(gè)區(qū)域都設(shè)為子周期的整數(shù)倍，開(kāi)關(guān)切換(模態(tài)切換)僅發(fā)生在 子周期的開(kāi)始或結(jié)束時(shí)刻。杜絕了開(kāi)關(guān)切換(模態(tài)切換)發(fā)生在子周期內(nèi)部的情況，避免了 模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中系統(tǒng)模型的不確定性。
[0022] (3)W第一、二、S區(qū)域內(nèi)子周期個(gè)數(shù)nl，n2，n3為控制變量，W子周期數(shù)代替占空 比作為控制輸入，將優(yōu)化控制簡(jiǎn)化為有限集合尋優(yōu)，可大大降低在線計(jì)算量，保證控制系統(tǒng) 的快速相應(yīng)。
[0023] (4)W系統(tǒng)輸出與期望值之差，開(kāi)關(guān)損耗，頻率特性，功率因數(shù)的加權(quán)值之和為指 標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)優(yōu)化控制，可有效降低系統(tǒng)各狀態(tài)間禪合，提高系統(tǒng)性能，并能在保證系統(tǒng)狀態(tài) 和輸出等約束的情況下，實(shí)現(xiàn)DC-AC逆變器的綜合性能最優(yōu)。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下， 還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1所示為雙層電壓型DC-AC逆變器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖2所示為基于脈寬調(diào)制技術(shù)的線性PI控制結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖3所示為基本電壓空間矢量圖；
[00%]圖4所示為電壓空間矢量合成圖；
[0029] 圖5所述為本發(fā)明具體實(shí)施例中扇區(qū)I子周期劃分示意圖；
[0030] 圖6所述為本發(fā)明具體實(shí)施例中扇區(qū)II子周期劃分示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 術(shù)語(yǔ)解釋：
[0032] DC-AC逆變器是將直流變換為交流的常用電力電子變換器。
[0033] 離散建模是采用固定的采樣周期對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化，建立離散時(shí)間模型的技 術(shù)。
[0034] 預(yù)測(cè)控制是基于系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)測(cè)、在線優(yōu)化與反饋校正的現(xiàn)代控制技術(shù)。
[0035] 脈寬調(diào)制方法通常采用正弦脈寬調(diào)制或空間矢量脈寬調(diào)制，W空間矢量脈寬調(diào)制 為例，如圖1所示，DC-AC逆變器S相共6個(gè)開(kāi)關(guān)管，全部開(kāi)關(guān)狀態(tài)為8種組合，SO(000)，Sl (100)，…，S6( 101)，S7(111)，其中Sl(IOO)表示，開(kāi)關(guān)管Sa導(dǎo)通，Sb截止，Sc截止，對(duì)應(yīng)的基本 電壓空間矢量如圖3所示。
[0036] 按照空間矢量的平行四邊形合成法則，如圖4所示，對(duì)于每個(gè)60°扇區(qū)，采用相鄰有 效電壓工作矢量合成期望的電壓輸出矢量，進(jìn)一步通過(guò)兩個(gè)相鄰有效電壓工作矢量W及0 矢量在每個(gè)60°脈寬中的作用時(shí)間，達(dá)到模擬出不同幅值和相位的=相正弦交流相電壓的 目的。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種DC-AC逆變器離散控制和預(yù)測(cè)控制方法，主要包括：
[0038] (1)在空間矢量脈寬調(diào)制的每個(gè)扇區(qū)內(nèi)，對(duì)脈寬周期進(jìn)行子周期劃分，采用固定對(duì) 稱的開(kāi)關(guān)切換順序。W子采樣周期對(duì)脈寬周期內(nèi)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行離散化，建立DC-AC逆變器 離散狀