简化三电平整流器模型电流预测控制

开关矢 量作 用 。然 而 由 于三 电平 整 流器 的开 关 矢量 较多 ， 而且 价值 函数 比较 复杂 ， 使 得算 法运 算量
的关键 部分 是建立 系统 离散 数学模 型 和用 以评 价开 关 状态控 制行 为 的价值 函数 。
２ ． １ 数 学模 型
三相 பைடு நூலகம் 电平 电压 型 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的 电路 拓扑 结 构如 图 １ 所示。
１ 引言
Ｐ ＷＭ整 流器 具有 功率 因数 可调 ， 谐 波含 量 小等 优点¨ ， 通 过对 交流 侧 电流 幅值 和相 位 的控 制 可 方 便 实现 整流 器 的四象 限运行 。三 电平 整流器 每个 功 率管 ， 所承受 的 电压仅 为直 流母线 电 压的一半 ， 且交 流侧 电压 、 电流谐 波 大为减 小 ， 因此在 高压 大功 率场 合 得 到广 泛的应 用 。 目前 ， 电压 型三 电平 整 流器 控 制 策 略一 般 采 用 交流 电流 内环 控 制 ， 其 控 制 目标 是 快 速 、 及 时 地
ｉ 、 ｉ 、 ｉ ｏ 是 网侧 电流 ； ｉ ｏ 是 中 点 电流 ； Ｃ 。 、 Ｃ 是 直 流母
基 金 项 目 ： 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ ９ ７ ３ ） 项 目（ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｂ ０ ３ ５ ６ ０ ０ ）
作者简介 ：谷
鑫（ １ ９ ８ ０ ． ） ， 男， 天津籍 ，博士研究生 ，主要从事 电机 系统 及其 控制 的研 究 ；
本 文所 提 出的简化 模型 预测控 制策 略 的正确 性及 可
行 性进 行验证 。
２ 传 统 三 电 平 整流 器 模 型预 测控 制
三 电平 整流 器模 型预 测控制 策 略利用 系统 的离
调整 交 流侧 的电流 ， 抑制 负载 扰动 的影 响 ， 使 实际 电
流快 速跟 踪 电流 指令 值 ， 实现 功 率 因数 可调 。 由于 模 型预测 控制 有 良好 的动 态 响应 和稳 态 跟踪 性 能 ， 在 三 电平 整 流 器 电 流 内 环 控 制 中得 到 了 应 用 。
制策 略 ， 通 过参 考 电压 矢量 的扇 区信 息 ， 只计算该 扇
区内开关 状态对 应 的价值 函数 ， 从 中选 取 使 价值 函 数最 小 的开关 状 态 。因 为每 个 扇 区仅 有 １ ０个 开关
状态 ， 所 以采用 简化 算法 后能 大大减 少程 序计 算量 。
最后 利用 三 电平整 流 器 实 验装 置 进 行 对 比实验 ， 对
较大 ， 限制 了控 制系 统采样 频率 的提 高 ， 从 而制 约 了
对 电流 的快速 精确控 制 。
本文 提 出 了一种 简化 三 电平整 流器模 型 预测 控
收稿 Ｅ ｔ 期 ：２ ０ １ ３ ． － ０ １ — ３ ０
如 图 １所 示 ， ｅ 、 ｅ 、 ｅ 。 分 别 为 三相 电 网相 电压 ；
第３ ３卷 第 ２期
２ ０ １ ４年 ２月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ３． Ｎｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ．２ ０１ ４
简 化 三 电平 整 流 器 模 型 电流 预 测 控 制
谷 鑫 ，张 策 ，耿 强 ，史婷 娜
（ １ ． 天 津Ｓ － 业 大 学天津 市 电工 电能新技 术 重点 实验 室 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ； ２ ． 天 津大 学 电气与 自动化 工程 学 院 ， 天津 ３ ０ ０ ０ ７ ２ ） 摘要 ：传统 三 电平整 流器模 型预 测控 制算 法需要 对全 部 ２ ７个开 关 矢量进行 在 线评 估 ， 使价 值 函数 最 小 的开关 矢量在 下一 采样 周期采 用 。然 而该算 法在 实际 实现 时计 算 量较 大 ， 限制 系统采 样 周期 的降低 。 从 而制约 了系统整体 性 能的提 高 。本 文提 出 了一 种 简化 的 三 电平 整 流 器模 型预 测 控 制 算 法， 根据 参考 电压 矢量 所在 扇 区信 息 ， 仅 选取 该扇 区 内的 开关状 态进 行评价 。 简化算 法 不仅 大大减 少 了程 序计 算量 ， 还获得 了 良好 的静 态和动 态性 能 。最后 实验验 证 了该 方案 的正确性 和 实用性 ， 能
张 策 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 河 北 籍 ，工 学 硕 士 ， 主 要 从 事 电力 电子 装 置 和 三 电平 整 流器 的研 究 。
第 ２期
谷
鑫 ，等 ：简化 三 电平 整 流器模 型 电流预 测控 制
标 准之一 。因此 ， 三 电平 整 流 器 模 型预 测 控 制 策 略
其 原理 是首 先建立 系统 离 散 数学 模 型 ， 然 后 计 算 不 同开关 矢量 下 的电 流 预测 值 ， 将 电流 预测 值 和 指 令 值 之差 设为 价值 函数 ， 最后 选 取 使 价 值 函数 最 小 的
获得 良好 的静 态和动 态特 性 。
关键 词 ：三 电平整 流 器 ； 模 型 电流预 测控 制 ； 程 序计 算量
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ３ － ３ ０ ７ ６ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ ２ ． ｏ ０ ｌ ２ — ０ ６
散数 学模 型 ， 计算 不 同开关 状态 下 的电流 预测 值 ， 使
电流 预测 值 与 电流 指 令 值 最 接 近 的 开 关 状 态 被 选 择 。为平 衡直 流侧 中点 电位 ， 也需 预 测 不 同 开关 状
态 的 中点 电位 偏移 值 ， 并 将 其 作 为选 择 开 关 状 态 的