一种T型三电平逆变器模型预测容错控制方法

本发明涉及t型三电平逆变器，具体是一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法。

背景技术：

1、随着t型三电平逆变器在工业中的应用不断增多，对其控制要求也相应的越来越高，主要针对两个方面：一，对于参考电流的跟踪性能，这一点在工业中至关重要，好的跟踪性能，可以保证逆变器在工业中的应用效果更好。二，对于中点电位的平衡效果。对以上两个方面，前人提出了许多方法来改进控制效果。目前对于t型三电平逆变器的常用控制方法为svpwm调制，有较好的控制效果，但存在动态响应差，控制过程复杂等问题。于上世纪六十年代诞生模型预测控制(moedl predictive control，mpc)，随着微控制器的高速发展近年来在电力电子中的应用成为研究热点。

2、模型预测控制(moedl predictive control，mpc)以其控制方法的简便，控制效果更好，可实现多变量控制，且在处理非线性系统复杂约束优化方面表现出极大的优势，故在电力电子和电机驱动领域正逐步受到关注，并且在工业中的应用越来越广泛。

3、但模型预测控制也有许多缺点，例如过于依赖模型的参数，逆变器输出电压固定，开关频率过高，权重系数的选择困难，计算量过大都会在工业中产生影响。对这些问题的解决非常迫切，同时由于其开关频率过高，导致电路的开关器件容易发生损坏，造成电路的短路，或者开路。其中由于短路故障危害很大，所以当发生短路故障时，一般要及时切断电路，因此对于t型三电平逆变器模型预测开路故障的容错控制至关重要。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的技术问题，本发明提供了一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，该控制方法通过中点电位对并网逆变器输出电压矢量的影响，得到发生垂直开关管故障时，降低因故障而无法使用的状态的作用率；之后对逆变器输出电压矢量进行重构，得到新的虚拟空间电压矢量，保证t型三电平逆变器在垂直开关管故障时可以正常运行；并且运用无差拍思想，极大的降低了控制方法的计算量。相比与传统控制方法，鲁棒性得到了提升、同时兼顾了受控系统的稳态控制精度和算法快速性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

4、步骤一：研究中点电位变化对并网逆变器的输出的影响，得到不同开关状态下逆变器输出电压矢量；

5、步骤二：探讨当发生垂直开关管故障时，p，o，n，不同状态对t型三电平并网逆变器的影响，得到使得其调制度最大的中点电位偏移量；

6、步骤三：结合虚拟空间电压矢量的方法，进行矢量合成，根据矢量合成的电压矢量进行三电平逆变器的控制。

7、进一步的，所述步骤一具体包括：

8、根据式(3)得到中点电位发生变化后的逆变器输出电压矢量，研究其p，o，n三个状态在其中的作用变化；

9、其中式(3)为：进一步的，所述步骤二具体包括：

10、根据步骤1得到的随着中点电位变化，p，o，n的作用大小关系，当垂直开关管发生故障时，得到在p状态作用最小的情况下，新的逆变器输出电压矢量。

11、进一步的，所述步骤三具体包括：

12、将步骤2得到的7个新的逆变器输出电压矢量通过幅秒平衡原则，进行矢量合成得到19个不同的逆变器输出电压矢量，根据无差拍控制，由t型三电平模型控制得到使得式(20)最小的开关状态。

13、进一步的，所述幅秒平衡原则为

14、tsu＝t1u1+t1u1

15、其中ts＝t1+t2。

16、进一步的，所述无差拍控制过程：

17、a.将19个逆变器输出的虚拟空间电压矢量在静止两相左边轴中划分为6个大扇区；

18、b.根据无差拍控制思想，通过式(21)计算参考电压矢量uref，确定参考电压所在扇区，其所在扇区内的所有开关状态为候选开关状态；

19、c.将所有候选开关状态带入价值函数式(20)，选出使得价值函数最小的两个输出矢量vopt1，vopt2。

20、对比现有的技术，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要有以下优点：

21、(1)通过中点电位平移控制的模型预测容错控制无须改变拓扑结构，节省了成本。

22、(2)通过中点电位平移控制的模型预测容错控制得到了与正常三电平逆变器相同的调制度，提高了效果。

23、(3)加入了虚拟空间电压矢量的方法，使其thd远小于其他方法。

24、(4)通过中点电位平移控制的模型预测容错控制将三电平逆变器转化为类似两电平逆变电路，因此不需要对其进行中点电位控制。

25、(5)本方法结构简单、计算量小、易于实现，运用于t型三电平逆变器控制系统当中，系统的动态响应速度快，鲁棒性强，电流畸变较小，开关频率较低，系统的动态和稳态性能较为优异。

技术特征：

1.一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：所述幅秒平衡原则为

6.根据权利要求4所述的一种t型三电平逆变器模型预测容错控制方法，其特征在于：所述无差拍控制过程：

技术总结
本发明公开了一种T型三电平逆变器模型预测容错控制方法，该方法针对于逆变器发生垂直开关管故障系统当中。首先通过分析中点电位的偏移对逆变器输出电压矢量的影响，其次分析当发生垂直开关管故障时的情况，结合P，O，N三个状态在故障情况下对电路的影响，通过平移中点电位，在当发生垂直开关管故障时，在不改变拓扑结构的前提下提升T型三电平并网逆变器的调制度，最后为了得到与三电平并网逆变器相同效果，加入了基于虚拟空间电压矢量合成的方法。本发明的方法结构简单、计算量小、易于实现，运用于逆变器控制系统当中，具有系统动态响应快、鲁棒性强的技术优势的同时，兼具降低THD和减少算法耗时的优势。

技术研发人员：张晓,王强,陶泽,刘畅,吕柄欣,彭天然,江奕苇
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13