CN113271028B - 三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法 - Google Patents

三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113271028B
CN113271028B CN202110621017.9A CN202110621017A CN113271028B CN 113271028 B CN113271028 B CN 113271028B CN 202110621017 A CN202110621017 A CN 202110621017A CN 113271028 B CN113271028 B CN 113271028B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vector
vectors
topology
voltage
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110621017.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113271028A (zh
Inventor
张承慧
韩万青
邢相洋
李晓艳
陈志远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202110621017.9A priority Critical patent/CN113271028B/zh
Publication of CN113271028A publication Critical patent/CN113271028A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113271028B publication Critical patent/CN113271028B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法及系统，包括：定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；获取k时刻的网侧三相电流和三相电压，将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。本发明有益效果：本发明同时实现了T型三电平逆变器故障后重构拓扑的双矢量模型预测控制和中点电位平衡控制，开关管故障下保障系统能够持续运行，提高系统可靠性。

Description

三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法
技术领域
本发明涉及三电平逆变器技术领域，尤其一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
三电平逆变器由于谐波含量低，功率器件开关损耗小，输出波形质量高等自身优势，被广泛应用于各种场景的并网系统进行电能交换。但是开关器件高频开关动作易引发故障，导致系统可靠性降低，如果系统不停止运行，会引发更严重的级联故障，扩大故障范围。然而，如果检测到开路故障发生后立即令设备停机，会导致电网电压波动，功率震荡等诸多问题，带给系统较大的冲击，因而希望变换器在开关器件发生开路故障后能够持续运行，对三电平逆变器的容错控制进行研究具有实际意义。
容错控制的第一步是对故障进行诊断，现已被广泛研究。第二步是在故障定位的基础上采用相应的容错方案。现有方案主要分为两类，一种是桥臂级容错，一种是开关级容错。桥臂级容错方法是增加桥臂，当故障检测完毕定位到某相桥臂后，采用该桥臂代替故障相桥臂工作，该方案增加了额外器件导致系统成本增加。开关级容错方法是指在三相桥臂的交流侧与直流侧中点各增加一个反并联晶闸管，当发生故障后，故障相的电流直接流入直流侧中点，导致直流侧电容电压纹波增大，中点不平衡加深，但增加的额外器件少，成本低。因此本发明聚焦于开关级容错方法。
当发生故障后采用开关级容错方法进行系统拓扑的重构，三电平十二开关转化为三电平八开关，中点不平衡加深带来了并网电流畸变，谐波率增高，电能质量降低等一系列问题，需要对其进行合理的控制策略。当需要兼顾直流中点电位平衡时，现有传统的单矢量模型预测控制方法由于只有一个开关矢量进行跟踪，导致输出电压波动，电流和功率谐波增大，降低系统的电能质量。重构后的新拓扑由27个空间矢量减少到只有9个空间矢量可用，没有相反电流冗余小矢量调节中点电位平衡，大大增加了中点电位平衡难度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，能够同时实现三电平逆变器故障重构拓扑的双矢量模型预测控制和中点电位平衡控制。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种三电平逆变器单相故障重构拓扑，三电平逆变器包括：依次连接的直流电压源、直流母线上下侧电容和三相桥臂；每一相桥臂包括：4个开关管串联连接的支路、所述支路并联连接反并联的双向晶闸管，并且串联滤波电感后连接至交流电网；
当检测到某相桥臂开关管故障时，分别断开该故障相的上下桥臂，该故障相交流侧直接连到直流侧中点，完成拓扑重构。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，包括：
定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；
获取k时刻的网侧三相电流和三相电压，将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；
将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；
在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。
作为进一步地方案，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型，具体包括：
基于重构拓扑的结构，根据基尔霍夫电压定律和电流定律，得到三相电网电流在三相静止abc坐标系下的动态表达式；
将所述表达式进行Clark变换，得到重构逆变器在两相静止αβ坐标系中的状态方程；
在每个控制周期TS内，利用向后差分模型对两相静止αβ坐标系下的状态方程进行向后差分离散化；
考虑一个周期的延迟时间从而对其进行补偿，得到重构拓扑输出电压预测模型。
作为进一步地方案，所述重构拓扑的电压预测模型具体为：
Figure BDA0003099556160000031
其中，R为负载电阻；L为负载电感；Ts为采样时间；iα *(k+1)、iβ *(k+1)分别为k+1时刻的电流给定值；eα(k+1)、eβ(k+1)分别为电网电压在α、β坐标系下k+1时刻的值，Vα(k+1)、Vβ(k+1)分别为电压矢量在α轴和β轴上的分量，iα(k)、iβ(k)分别为αβ坐标系下k时刻的输出电流。
作为进一步地方案，将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量，具体包括：
根据基本空间矢量图，每90度划分为一个大区域，将整个电压空间矢量划分为四个扇区；
在每个扇区内，最多确定四个电压矢量作为新的候选有限集。
作为进一步地方案，在每个扇区内，最多确定四个电压矢量作为新的候选有限集，具体包括：
在第一扇区内：
当Up-Un<0时，选取I扇区内OO、NN、ON、PN小矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un>0时，新的候选矢量集为除ON小矢量之外的其他矢量；
在第二扇区内：
当Up-Un>0时，选取II扇区内OO、PP、PO、PN矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un<0时，新的候选矢量有限集为除PO小矢量之外的其他矢量；
在第三扇区内：
当Up-Un>0时，选取III扇区内OO、OP、PP、NP矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un<0时，新的候选矢量集为除OP小矢量之外的其他矢量；
在第四扇区内：
当Up-Un<0时，选取IV扇区内OO、NO、NN、NP小矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un>0时，新的候选矢量集为除NO小矢量之外的其他矢量；
其中，Up、Un分别是直流侧上、下电容电压。
作为进一步地方案，在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，定义具有由双矢量V1(k+1)、V2(k+1)合成矢量Vc(k+1)的价值函数为：
g＝[Vα *(k+1)-Vcα(k+1)]2+[Vβ *(k+1)-Vcβ(k+1)]2
其中，Vα *(k)、Vβ *(k)是参考向量；Vα *(k+1)、Vβ *(k+1)分别为在αβ坐标系中的坐标，Vcα(k+1)、Vcβ(k+1)分别为向量V1(k+1)和向量V2(k+1)的合成向量Vc(k+1)在αβ坐标系下的值。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制系统，包括：
预测模型构建模块，用于定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；
模型预测模块，用于获取k时刻的网侧三相电流和三相电压，将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；
扇区选择模块，用于扇区将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；
驱动控制模块，用于在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明同时实现了T型三电平逆变器故障后重构拓扑的双矢量模型预测控制和中点电位平衡控制，开关管故障下保障系统能够持续运行，提高系统可靠性。
(2)与传统空间矢量调制方法相比，本发明所述逆变器重构拓扑预测控制方法根据系统的数学模型选择最优的开关状态，不需要进行PWM调制，响应速度快。
(3)本发明没有引入额外的权值系数，采用了分扇区选择不同有限集来实现双矢量模型预测控制方案，实现了中点平衡。每个扇区候选有限集矢量最多只有四个，计算量较低。
(4)与传统单矢量模型预测控制方法相比，本发明所述逆变器重构拓扑双矢量模型预测控制方法，每个周期内使用两个矢量，能够降低输出电流谐波，提高电能质量。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为T型三电平逆变器容错拓扑；
图2为a相桥臂故障后T型三电平逆变器单相故障重构拓扑；
图3为a相桥臂故障后T型三电平逆变器单相故障重构拓扑的电压矢量图；
图4为本发明实施例中三电平逆变器单相故障重构拓扑的预测控制方法示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
根据本发明的实施例，公开了一种三电平逆变器单相故障重构拓扑，拓扑结构如图1所示，包括：依次连接的直流电压源Vdc、直流母线上下侧电容C1 与C2和三相桥臂；每一相桥臂包括：4个IGBT管Sx1、Sx2、Sx3、Sx4(x＝a,b,c)、反并联双向晶闸管、滤波电感L、三相交流电网eabc。4个IGBT管串联连接组成串联支路，串联支路并联连接反并联的双向晶闸管，并且串联滤波电感后连接至交流电网；
当某相桥臂开关管检测到故障时，分别用上下桥臂的熔断器断开桥臂，触发双相晶闸管，交流侧直接连到直流侧中点，重构为新的拓扑。
图2所示是T型三电平a相故障后的重构拓扑，故障相a相交流侧直接与直流侧中点相连，b，c相保持不变。
本实施例以a相故障后的重构拓扑为例进行具体阐述。UaO，UbO，UcO分别代表逆变器的三相电压，ia，ib，ic代表逆变器输出电流。定义重构拓扑的开关函数Sx(x＝b,c),当开关管Tx1和Tx2导通及Tx3和Tx4关断时，Sx＝1(P)；当开关管Tx2和Tx3导通及Tx1和Tx4关断时，Sx＝0(O)；当开关管Tx3和Tx4导通及Tx1和Tx2关断时，Sx＝-1(N)。
a相故障后重构拓扑三相电压可表示为：
Figure BDA0003099556160000081
可以得出重构新拓扑的基本电压矢量:
Figure BDA0003099556160000082
重构拓扑空间矢量图如图3所示，空间矢量由原本的T型三电平的27个矢量减少为9个空间矢量，其中包括两个中矢量(PN、NP)，六个小矢量(NN、 ON、PO、PP、OP)，一个零矢量(OO)，不存在冗余矢量。
实施例二
根据本发明的实施例，公开了一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，参照图4，具体包括如下过程：
(1)定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；
具体地，基于重构拓扑的结构，根据基尔霍夫电压定律和电流定律，可得出三相电网电流在三相静止abc坐标系下的动态表达式：
Figure BDA0003099556160000091
为了实现模型预测控制算法，将式(3)进行Clark变换，则可以得出重构逆变器两相静止αβ坐标系中的状态方程：
Figure BDA0003099556160000092
在每个控制周期TS内，利用向后差分模型：
Figure BDA0003099556160000093
对两相静止αβ坐标系下的动态方程式(4)进行向后差分离散化：
Figure BDA0003099556160000094
为了降低系统控制精度，需要考虑一个周期的延迟时间从而对其进行补偿，得到重构拓扑输出电压预测模型：
Figure BDA0003099556160000095
通过二次拉格朗日插值分别得到eα、eβ在k+1时刻的值：
eα,β(k+1)＝3eα,β(k)-3eα,β(k-1)+eα,β(k-2) (8)
式(7)中k+1时刻的理想给定电流值iα *(k+1)、iβ *(k+1)也通过二次拉格朗日插值得到：
iα,β *(k+1)＝3iα,β *(k)-3iα,β *(k-1)+iα,β *(k-2) (9)
获取Tk时刻直流侧采集上下侧电容电压Up(k)和Un(k),交流侧采集滤波器电感电流ix(k)(x＝a,b,c)、逆变器输出相电压Vx(k)(x＝a,b,c)；将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；
(2)将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；
具体地，根据基本空间矢量图，每90度划分为一个大区域，将整个电压空间矢量划分为4个扇区，如图3所示。在每个扇区内，最多确定四个电压矢量作为新的候选有限集。
在选择双矢量时需要将中点电位平衡考虑在内，为了实现对给定电流的快速有效跟踪，得到FSC-MPC控制策略的期望电压，定义具有由双矢量V1(k+1)、 V2(k+1)合成矢量Vc(k+1)的价值函数：
g＝[Vα *(k+1)-Vcα(k+1)]2+[Vβ *(k+1)-Vcβ(k+1)]2 (10)
根据图3所示：
在第一扇区内：
当Up-Un<0时，选取I扇区内V0、V1、V2、V7小矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un>0时，新的候选矢量集为除V2小矢量之外的其他矢量；
在第二扇区内：
当Up-Un>0时，选取II扇区内V0、V3、V4、V7小矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un<0时，新的候选矢量有限集为除V3小矢量之外的其他矢量；
在第三扇区内：
当Up-Un>0时，选取III扇区内V0、V4、V5、V8小矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un<0时，新的候选矢量集为除V5小矢量之外的其他矢量；
在第四扇区内：
当Up-Un<0时，选取IV扇区内V0、V1、V6、V8小矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un>0时，新的候选矢量集为除V6小矢量之外的其他矢量；
其中，Up、Un分别是直流侧上、下电容电压。
本领域技术人员应当理解，V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8小矢量分别代表OO、NN、ON、PO、PP、OP、NO、PN、NP小矢量。
在新的候选有限集里选择使预先设计的价值函数最小的合成电压矢量。
(3)在候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。
具体地，由
Figure BDA0003099556160000111
计算构成步骤5中使价值函数最小的合成电压矢量的两个矢量V1(k+1)、V2(k+1)分别对应的作用时间T1(k+1)、T2(k+1)：
Figure BDA0003099556160000121
将两个矢量的占空比送入b，c相桥臂中，得到期望的开关序列，驱动重构逆变器工作。
因此，采用本实施例方法使用基于双矢量模型预测控制的方法对容错逆变器故障后重构拓扑进行控制，通过选择不同扇区新的候选矢量集达到了控制中点平衡的目的；该方法实现简单，应用简单，实用性强；在光伏发电并网系统、风力发电系统、电动汽车等可再生能源领域容错控制中前景广阔。
实施例二
根据本发明的实施例，公开了一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制系统，包括：
预测模型构建模块，用于定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；
模型预测模块，用于获取k时刻的网侧三相电流和三相电压，将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；
扇区选择模块，用于扇区将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；
驱动控制模块，用于在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了详细的说明，此处不再赘述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例二中的三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例二中的三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，其特征在于，三电平逆变器包括：依次连接的直流电压源、直流母线上下侧电容和三相桥臂；每一相桥臂包括：4个开关管，其中，两个开关管和两个快速熔断器串联组成半桥支路一，另两个开关管串联组成支路二，所述支路二的一端连接直流母线上下侧电容的中点，所述支路二的另一端连接半桥支路一的中点，所述支路二并联连接反向并联的双向晶闸管，所述半桥支路一的中点串联滤波电感后连接至交流电网；
当检测到某相桥臂开关管故障时，分别断开该故障相的上下桥臂，该故障相交流侧直接连到直流侧中点，完成拓扑重构；
所述预测控制方法包括：
定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；
获取k时刻的网侧三相电流和三相电压，将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；
将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；
在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。
2.如权利要求1所述的一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，其特征在于，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型，具体包括：
基于重构拓扑的结构，根据基尔霍夫电压定律和电流定律，得到三相电网电流在三相静止abc坐标系下的动态表达式；
将所述表达式进行Clark变换，得到重构逆变器在两相静止αβ坐标系中的状态方程；
在每个控制周期TS内，利用向后差分模型对两相静止αβ坐标系下的状态方程进行向后差分离散化；
考虑一个周期的延迟时间从而对其进行补偿，得到重构拓扑输出电压预测模型。
3.如权利要求2所述的一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，其特征在于，所述重构拓扑的电压预测模型具体为：
Figure FDA0003504229630000021
其中，R为负载电阻；L为负载电感；Ts为采样时间；iα *(k+1)、iβ *(k+1)分别为k+1时刻的电流给定值；eα(k+1)、eβ(k+1)分别为电网电压在α、β坐标系下k+1时刻的值，Vα(k+1)、Vβ(k+1)分别为电压矢量在α轴和β轴上的分量；iα(k)、iβ(k)分别为αβ坐标系下k时刻输出电流。
4.如权利要求1所述的一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，其特征在于，将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量，具体包括：
根据基本空间矢量图，每90度划分为一个大区域，将整个电压空间矢量划分为四个扇区；
在每个扇区内，最多确定四个电压矢量作为新的候选有限集。
5.如权利要求4所述的一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，其特征在于，在每个扇区内，最多确定四个电压矢量作为新的候选有限集，具体包括：
在第一扇区内：
当Up-Un<0时，选取I扇区内OO、NN、ON、PN矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un>0时，新的候选矢量集为除ON小矢量之外的其他矢量；
在第二扇区内：
当Up-Un>0时，选取II扇区内OO、PP、PO、PN矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un<0时，新的候选矢量有限集为除PO小矢量之外的其他矢量；
在第三扇区内：
当Up-Un>0时，选取III扇区内OO、OP、PP、NP矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un<0时，新的候选矢量集为除OP小矢量之外的其他矢量；
在第四扇区内：
当Up-Un<0时，选取IV扇区内OO、NO、NN、NP矢量作为新的候选矢量有限集；
当Up-Un>0时，新的候选矢量集为除NO小矢量之外的其他矢量；
其中，Up、Un分别是直流侧上、下电容电压。
6.如权利要求1所述的一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法，其特征在于，在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，定义具有由双矢量V1(k+1)、V2(k+1)合成矢量Vc(k+1)的价值函数为：
g＝[Vα *(k+1)-Vcα(k+1)]2+[Vβ *(k+1)-Vcβ(k+1)]2
其中，Vα *(k)、Vβ *(k)是参考向量；Vα *(k+1)、Vβ *(k+1)分别为在αβ坐标系中的坐标，Vcα(k+1)、Vcβ(k+1)分别为向量V1(k+1)和向量V2(k+1)的合成向量Vc(k+1)在αβ坐标系下的值。
7.一种三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制系统，其特征在于，
预测模型构建模块，用于定义重构拓扑的开关状态，在两相静止坐标系下建立重构拓扑的电压预测模型；
模型预测模块，用于获取k时刻的网侧三相电流和三相电压，将获取的数据输入到电压预测模型中，得到k+1时刻的电压；
扇区选择模块，用于扇区将重构拓扑的矢量划分扇区，确定每个扇区的候选矢量；
驱动控制模块，用于在所述候选矢量中按取价值函数最小值原则选取两个使价值函数最小的矢量，计算两个矢量作用时间，根据作用时间求开关序列，以驱动逆变器。
8.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6任一项所述的三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6任一项所述的三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法。
CN202110621017.9A 2021-06-03 2021-06-03 三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法 Active CN113271028B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110621017.9A CN113271028B (zh) 2021-06-03 2021-06-03 三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110621017.9A CN113271028B (zh) 2021-06-03 2021-06-03 三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113271028A CN113271028A (zh) 2021-08-17
CN113271028B true CN113271028B (zh) 2022-05-17

Family

ID=77234187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110621017.9A Active CN113271028B (zh) 2021-06-03 2021-06-03 三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113271028B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113676065B (zh) * 2021-08-27 2023-06-02 山东大学 优化电压矢量的维也纳整流器的模型预测控制方法及系统
CN113904577B (zh) * 2021-10-08 2023-11-17 山东大学 一种多电平逆变器模型预测控制方法及系统
CN114285074B (zh) * 2021-12-21 2023-09-12 山东大学 一种多电平逆变器多目标预测控制方法及系统
CN114844027B (zh) * 2022-05-17 2024-04-12 兰州交通大学 一种基于有限控制集模型预测的光伏系统直流母线电压控制方法
CN115441716B (zh) * 2022-09-23 2024-08-02 山东大学 基于开关序列重构的级联npc三电平整流器容错控制方法
DE102023200118A1 (de) 2023-01-10 2024-07-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stromrichter und Schaltungsanordnung mit einem solchen Stromrichter

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103825505A (zh) * 2014-02-21 2014-05-28 太仓航创自动化科技有限公司 一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法
CN104578865A (zh) * 2015-01-14 2015-04-29 东南大学 一种三电平四桥臂t型容错变流器及其控制方法
CN106787662A (zh) * 2017-03-15 2017-05-31 郑州轻工业学院 一种双向ac/dc变换器故障容错模型及其控制方法
CN107046377A (zh) * 2017-03-15 2017-08-15 郑州轻工业学院 一种双向交直流储能变换器故障容错均压控制方法
CN107732934A (zh) * 2017-11-28 2018-02-23 哈尔滨理工大学 一种容错型静止无功发生器以及其直流侧母线中点电位偏移的抑制方法
CN108599605A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 华南理工大学 基于两矢量合成的三电平逆变器模型预测功率控制方法
CN109120166A (zh) * 2018-08-15 2019-01-01 南京理工大学 基于等模补偿比的八扇区两电平pwm整流器容错控制方法
CN109495005A (zh) * 2018-12-26 2019-03-19 中南大学 变流器中点电位控制方法、装置、终端及计算机可读介质
CN110224428A (zh) * 2019-05-21 2019-09-10 郑州轻工业学院 基于电流重构的三相四开关模型预测容错控制方法和装置
CN110311582A (zh) * 2019-08-06 2019-10-08 山东劳动职业技术学院（山东劳动技师学院） 一种三电平逆变器的模型预测控制方法及系统
CN111193415A (zh) * 2020-03-06 2020-05-22 西南交通大学 一种高速列车容错型牵引变流器主电路
CN112886843A (zh) * 2020-11-12 2021-06-01 湖南恒信电气有限公司 去权重系数的三相八开关模型预测控制方法和装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110855173A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 广西电网有限责任公司南宁供电局 一种基于预测模型的ups系统逆变器的控制方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103825505A (zh) * 2014-02-21 2014-05-28 太仓航创自动化科技有限公司 一种无刷直流电机容错逆变器的拓扑重构方法
CN104578865A (zh) * 2015-01-14 2015-04-29 东南大学 一种三电平四桥臂t型容错变流器及其控制方法
CN106787662A (zh) * 2017-03-15 2017-05-31 郑州轻工业学院 一种双向ac/dc变换器故障容错模型及其控制方法
CN107046377A (zh) * 2017-03-15 2017-08-15 郑州轻工业学院 一种双向交直流储能变换器故障容错均压控制方法
CN107732934A (zh) * 2017-11-28 2018-02-23 哈尔滨理工大学 一种容错型静止无功发生器以及其直流侧母线中点电位偏移的抑制方法
CN108599605A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 华南理工大学 基于两矢量合成的三电平逆变器模型预测功率控制方法
CN109120166A (zh) * 2018-08-15 2019-01-01 南京理工大学 基于等模补偿比的八扇区两电平pwm整流器容错控制方法
CN109495005A (zh) * 2018-12-26 2019-03-19 中南大学 变流器中点电位控制方法、装置、终端及计算机可读介质
CN110224428A (zh) * 2019-05-21 2019-09-10 郑州轻工业学院 基于电流重构的三相四开关模型预测容错控制方法和装置
CN110311582A (zh) * 2019-08-06 2019-10-08 山东劳动职业技术学院（山东劳动技师学院） 一种三电平逆变器的模型预测控制方法及系统
CN111193415A (zh) * 2020-03-06 2020-05-22 西南交通大学 一种高速列车容错型牵引变流器主电路
CN112886843A (zh) * 2020-11-12 2021-06-01 湖南恒信电气有限公司 去权重系数的三相八开关模型预测控制方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113271028A (zh) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113271028B (zh) 三电平逆变器故障后重构拓扑中点平衡的预测控制方法
Yang et al. A fast and fixed switching frequency model predictive control with delay compensation for three-phase inverters
Lee et al. Novel discontinuous PWM method of a three-level inverter for neutral-point voltage ripple reduction
CN110311582B (zh) 一种三电平逆变器的模型预测控制方法及系统
Shen et al. A modulation reconfiguration based fault-tolerant control scheme for modular multilevel converters
CN104377978A (zh) 三电平单相桥臂故障时转入两相桥臂运行的逆变器
Marzoughi et al. Analysis of capacitor voltage ripple minimization in modular multilevel converter based on average model
CN105529977B (zh) 一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统及方法
CN113746108B (zh) 一种t型三电平sapf开路故障序列模型预测容错控制方法
Lewicki et al. Structure and the space vector modulation for a medium‐voltage power‐electronic‐transformer based on two seven‐level cascade H‐bridge inverters
CN113708655B (zh) 基于自适应svpwm的逆变器开关管故障容错控制方法
Ammar et al. A novel hybrid modulation algorithm for the indirect matrix converter topology
Chen et al. A fault tolerance method based on switch redundancy for shunt active power filter
CN106972773A (zh) 一种三电平并网逆变器恒定开关频率模型预测控制方法
Dekka et al. Modular multilevel converters
CN204231220U (zh) 三电平单相桥臂故障时转入两相桥臂运行的逆变器
Yang et al. Direct power control of three-level NPC grid-connected system combined with fault-tolerant technology
CN113809944A (zh) 海上风电柔直变流器并网电流追踪及环流预测控制方法
CN112994498A (zh) 一种七电平逆变电路、逆变器及控制方法
Yuan et al. A control strategy based on of modular multi-level converters with coupled inductances
Salehahari et al. New coupled-inductor based multilevel inverter with extension capability
CN113315400B (zh) 一种三相两电平逆变器四桥臂的分时动态冗余控制方法
Kadhum et al. Model predictive control with reduced computational burden of modular multilevel converter
CN117498713B (zh) 一种三电平变换器的控制方法以及控制系统
CN113346786B (zh) 一种基于自适应控制的两电平pwm变流器容错控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant