一种dc-ac逆变器离散控制和预测控制方法
【技术领域】
[0001 ]本申请设及一种DC-AC逆变器离散控制和预测控制方法。
【背景技术】
[0002] 电力电子技术是21世纪应用最广泛的技术之一，其对工业自动化、交通运输、城市 供电、节能和环境污染控制等方面产生巨大的推动作用。电力电子技术通过电力电子变换 器完成电能的变换，主要包括AC-DC(Alte;rnatingCurrent-DirectQirrent)、AC-AC、DC- AC、DC-DC等四大类变换器，其中DC-AC逆变器是最常见的电力电子变换器，其将直流变换为 交流。随着DC-AC逆变器应用的日益广泛，各个领域对其性能要求越来越高，对此主要是通 过研究新的拓扑结构和先进的控制策略来提高变换器的性能。
[0003] DC-AC逆变器的一个显著特点是含有功率开关器件，W图1所示的典型双层电压型 DC-AC逆变器(TwoLevelVoltageSourceInve;rte;r，21^-VSI)为例，电力电子变换器控制 实际上是选择合适的开关信号使得给定系统变量趋向期望值。传统控制方案使用基于脉宽 调制技术的线性PI(PropodionalIntegral)控制方法，如图2所示，通过PI控制器 (ProportionalIntegralControlIer)反馈计算变换器输出量（电压或电流)的参考值，再 通过脉宽调制方法(PulseWi化hModulation，PWM)实现该参考值。
[0004] 如图2所示的基于脉宽调制的传统PI控制方案，忽略了PWM动态过程，仅考虑系统 的负载动态，无法体现DC-AC逆变器本质的混杂特性W及一个脉宽周期内系统内部状态的 变化过程，各变量间存在较强的禪合，无法实现系统的解禪控制，且响应速度慢，无法实现 优化控制，也无法考虑系统状态变量与系统输出的约束条件，无法适应当前市场对DC-AC逆 变器的性能与效率越来越苛刻的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种DC-AC逆变器离散控制和预测控制方法，W克服现有 技术中的不足。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 本申请实施例公开了一种DC-AC逆变器离散控制和预测控制方法，包括：
[000引（1 )、建立基本电压至间矢量图，该矢量图构成六边形的立条对角线，所述立条对 角线分隔成6个扇区，在空间矢量脉宽调制的每个扇区内，对脉宽周期进行子周期划分，采 用固定对称的开关切换顺序，W子采样周期对脉宽周期内的系统动态进行离散化，建立DC-AC逆变器离散状态空间模型；
[0009] (2)、WTs为采样周期进行划分后，扇区内每个脉宽周期可分为7个区域，W第一区 域子周期个数nl，第二区域子周期个数n2和第S区域子周期个数n3为控制变量，W子周期 数代替占空比作为控制输入，减小在线计算量。
[0010] 优选的，在上述的DC-AC逆变器离散控制和预巧雌审巧法中，W每个扇区内各脉宽 周期中每个区域所占子周期个数为控制变量，W系统输出与期望值之差，开关损耗，频率特 性，功率因数的加权值之和为指标，实现系统的预测优化控制，并且可在优化过程中增加系 统工作电流值，输出电压变化率约束条件。
[0011] 优选的，在上述的DC-AC逆变器离散控制和预测控制方法中，所述步骤(2)中，离散 状态空间模型满足：
[0012] 第一区域：
[0014] 第二区域；
[0016] 第；区域：
[0018] 第四区域模型同第一区域，第五区域同第=区域，第六区域同第二区域，第屯区域 同第一区域，其中，k表示当前子周期，k+1表示下一子周期，isp为电流，isp=id+jiq由两个分 量组成，L为负载电感值，R为负载电阻值，Ts为子采样周期。
[0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0020] (1)通过对每个扇区内脉宽周期进行子周期划分，可建立系统的离散时间状态空 间模型，能够体现DC-AC逆变器内在的混杂特性，可获得脉宽周期内系统模态的切换和状态 变化过程，解决了传统控制方案中忽略PWM脉宽周期内系统动态行为的缺点，为预测控制方 案设计提供模型基础。
[0021] (2)脉宽周期内每个区域都设为子周期的整数倍，开关切换(模态切换)仅发生在 子周期的开始或结束时刻。杜绝了开关切换(模态切换)发生在子周期内部的情况，避免了 模态转换过程中系统模型的不确定性。
[0022] (3)W第一、二、S区域内子周期个数nl，n2，n3为控制变量，W子周期数代替占空 比作为控制输入，将优化控制简化为有限集合寻优，可大大降低在线计算量，保证控制系统 的快速相应。
[0023] (4)W系统输出与期望值之差，开关损耗，频率特性，功率因数的加权值之和为指 标进行预测优化控制，可有效降低系统各状态间禪合，提高系统性能，并能在保证系统状态 和输出等约束的情况下，实现DC-AC逆变器的综合性能最优。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0025] 图1所示为双层电压型DC-AC逆变器电路结构图；
[0026] 图2所示为基于脉宽调制技术的线性PI控制结构图；
[0027] 图3所示为基本电压空间矢量图；
[00%]图4所示为电压空间矢量合成图；
[0029] 图5所述为本发明具体实施例中扇区I子周期划分示意图；
[0030] 图6所述为本发明具体实施例中扇区II子周期划分示意图。
【具体实施方式】
[0031] 术语解释：
[0032] DC-AC逆变器是将直流变换为交流的常用电力电子变换器。
[0033] 离散建模是采用固定的采样周期对连续系统进行离散化，建立离散时间模型的技 术。
[0034] 预测控制是基于系统模型，实现系统预测、在线优化与反馈校正的现代控制技术。
[0035] 脉宽调制方法通常采用正弦脉宽调制或空间矢量脉宽调制，W空间矢量脉宽调制 为例，如图1所示，DC-AC逆变器S相共6个开关管，全部开关状态为8种组合，SO(000)，Sl (100)，…，S6( 101)，S7(111)，其中Sl(IOO)表示，开关管Sa导通，Sb截止，Sc截止，对应的基本 电压空间矢量如图3所示。
[0036] 按照空间矢量的平行四边形合成法则，如图4所示，对于每个60°扇区，采用相邻有 效电压工作矢量合成期望的电压输出矢量，进一步通过两个相邻有效电压工作矢量W及0 矢量在每个60°脉宽中的作用时间，达到模拟出不同幅值和相位的=相正弦交流相电压的 目的。
[0037] 本发明实施例公开了一种DC-AC逆变器离散控制和预测控制方法，主要包括：
[0038] (1)在空间矢量脉宽调制的每个扇区内，对脉宽周期进行子周期划分，采用固定对 称的开关切换顺序。W子采样周期对脉宽周期内的系统动态进行离散化，建立DC-AC逆变器 离散状