本发明属于多电平逆变器控制领域，具体涉及一种采用优化脉宽调制的三电平逆变器模型预测多目标控制方法，主要适用于三电平逆变器的低开关频率高性能优化控制。
背景技术：
1、在相同工作条件下，三电平逆变器相比于两电平结构具有输出电压正弦度更高，功率器件承压更低等优点，因而在中压大功率驱动场合得到广泛应用。随着驱动系统功率等级的进一步提高，为降低开关损耗，功率器件的开关频率将受到严格限制，通常只有数百赫兹。传统脉宽调制技术(如svpwm)在低开关频率运行时，死区效应和电压脉冲正负半周不对称等因素会导致电流低次谐波含量增加和控制性能下降。
2、采用优化脉宽调制方式可保证在低开关频率下获得良好的电压或电流谐波特性，近年来逐渐被应用于轨道交通、船舶推进等领域。但基于稳态求解得到的优化开关角并未考虑到高性能调速系统基波频率、幅值和相位随时可能发生的变化，优化脉宽调制方式直接应用于高性能动态控制系统，将引起pwm脉冲紊乱，导致系统过流。
3、模型预测控制(mpc)作为一种先进控制策略最早诞生于在20世纪70年代末，随着数字信号处理技术的发展，mpc在电力电子领域逐渐体现出它优异的性能。模型预测控制是结合离散化的数学模型，利用前一时刻的变量状态对下一时刻的变量状态进行预测。通过优化目标函数将期望控制量的参考值与预测值进行整合，并评估每种可能的开关状态，选取使优化目标函数最小的那组开关状态作为最终输出的开关序列。mpc具有原理简单、可同时对多个控制目标进行优化，动态响应迅速等优点。现有优化脉宽调制技术无法同时兼顾其稳态和动态性能，且应用于三电平逆变器时往往不易对电流误差、开关切换数、低次谐波、中点平衡等问题同时进行优化。
技术实现思路
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2、本发明的目的是针对现有优化脉宽调制技术动态特性不足，且低次谐波抑制、中点电位平衡等不易协同调节的问题，提供一种采用优化脉宽调制的基于模型预测的三电平逆变器多目标控制方法。
3、为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于模型预测的三电平逆变器多目标控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1，分析三电平逆变器的拓扑，分别建立电流误差的预测模型、开关切换数的预测模型，以及中点电位偏移量的预测模型，并在此基础上结合优化脉宽调制开关状态获得最终的多目标控制预测模型，在abc三相静止坐标系下对三电平逆变器的三相桥臂侧电流预测模型进行离散化处理，并有如下形式：
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6、式中t为采样周期，i(k)，e(k)分别表示第k拍的桥臂侧电流和等效负载电压，ls，rs为等效负载的电感和电阻；u(k)＝[ua(k)ub(k)uc(k)]t为第k拍的逆变器桥臂输出电压，并根据如下形式进行更新：
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8、其中，s(k)＝[sa(k) sb(k) sc(k)]t为逆变器第k拍的开关状态，且每相开关状态的取值范围为{-1，0，1}，udc(k)为第k拍三电平逆变器的直流母线电压；
9、步骤2，在第k-1拍时执行上一拍计算得到的最优开关状态sopt(k-1)，同时对第k-1拍的等效负载电压、三相桥臂侧电流和直流母线电压进行采样，求得第k拍时的电流预测值i(k)；再根据i(k)遍历开关状态sn(k)求出k+1拍时各开关状态对应的电流预测值in(k+1)，结合参考电流值i*(k+1)求出电流误差δi(k+1)，并按照优化函数选出k至k+1拍之间的最优矢量sopt(k)，并在k拍时装载；
10、步骤3，建立k至k+1拍之间三电平逆变器的开关切换数fswitch(k+1)与所选开关状态的关系式如下：fswitch(k+1)＝|sa(k+1)-sa(k)|+|sb(k+1)-sb(k)|+|sc(k+1)-sc(k)|；
11、步骤4，对三电平逆变器的直流母线中点电位预测模型进行离散化处理，并有如下形式：其中c为上半或下半直流母线电容，这里将中点电位偏移量δun(k)定义为第k拍时下半直流母线电容与上半直流母线电容的电压之差；
12、步骤5，将电流误差δi(k+1)、开关切换数fswitch(k+1)、中点电位偏移量δun(k+1)以及所选开关状态与优化脉宽调制开关状态之差fopp(k+1)作为优化函数j四个部分加权，列出优化函数如下：j＝δi(k+1)+λdc|δun(k+1)|+λsfswitch(k+1)+λofopp(k+1)，式中λdc、λs、λo为各优化目标的权重因子，其取值范围为(0，1)，根据对各自优化目标的重视程度而定；fopp(k+1)＝|sn(k+1)-sopp(k+1)|，且sn(k+1)为k+1拍时模型预测所选矢量对应的开关状态，而sopp(k+1)为k+1拍时优化脉宽调制对应的开关状态；
13、步骤6，对优化函数j进行滚动优化，选出兼顾多个优化目标的最优矢量，从而对三电平逆变器的开关状态进行实时调整。
14、所述的一种三电平逆变器模型预测多目标控制方法，其步骤1中桥臂侧电流预测步骤如下：
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16、所述的一种三电平逆变器模型预测多目标控制方法，其步骤6在每个采样周期，遍历逆变器的27种开关状态，求出使j值达到最小值的最优矢量，并对优化脉宽调制方式计算的开关角进行实时调整。
17、本发明的有益效果是：本发明所公开的多目标控制方法将三电平逆变器的优化脉宽调制与多目标模型预测算法相结合，可在低开关频率下使逆变器输出不仅具有良好的低次谐波特性，而且在动态下能保证电流快速跟踪和中点电位平衡。
1.一种基于模型预测的三电平逆变器多目标控制方法，其特征在于：包括如下步骤
2.根据权利要求1所述的一种基于模型预测的三电平逆变器多目标控制方法，其特征在于，所述步骤1中根据三相桥臂侧电流预测模型定义f算子，桥臂侧电流预测步骤如下：
3.根据权利要求1或2所述的一种基于模型预测的三电平逆变器多目标控制方法，其特征在于，所述步骤6在每个采样周期，遍历逆变器的27种开关状态，求出使j值达到最小值的最优矢量，并对优化脉宽调制方式计算的开关角进行实时调整。