ANPC逆变电路有限集模型预测控制的改进算法

第53卷第7期2019年7月

电力电子技术

Power Electronics

Vol.53,No.7

July2019

ANPC逆变电路有限集模型预测控制的改进算法

曾家齐，韩建定，李雪丰，刘远飞

(空军工程大学，航空工程学院，陕西西安710038)

摘要：此处首先分析了传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)算法存在的缺陷以及它在应用中精度不足的问题，分析了问题的解决方案，考虑到实际工程应用中对计算量的限制，选用了增加电压矢量数量的方法来提升控制精度。然后提岀了电压矢量扩展方法，为进一步缩短控制时间，此处还对预测模型进行了改进，以三相参考输出电压为输出标准，预测其前一时刻输出电压，确定预测输出电压所形成的电压矢量所存在的扇区，遵循目标函数最小原则，在该扇区范围内确定最优控制矢量。最后通过搭建实验平台验证了基于电压矢量扩展的MPC算法的优越性。

关键词：逆变电路；有限集模型预测控制；电压矢量扩展；预测模型

中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号:1000-100X(2019)07-0011-03

Improved Algorithm for Predictive Control of Finite Set Model of

ANPC Inverter Circuit

ZENG Jia-qi,HAN Jian-ding,LI Xue-feng,LIU Yuan-fei

(Air Force Engineering University,Xi*an710038,China)

Abstract:A control accuracy improvement method by increasing the number of voltage vectors based on the analysis of following aspects are put forward.The defects of the traditional finite control set model predictive control(FCS-MPC)algorithm and its lack of precision in the application the solution of the problem,and the limitation of the amount of calculation in practical engineering applications.Then,the voltage vector expansion method is proposed.In order to further shorten the control time,the prediction model in the following way is improved.The three-phase refer­ence output voltage is used as the output standard to predict the output voltage of the previous moment,and the volt­age vector formed by the predicted output voltage is determined.The existing sector follows the principle of the mini­mum objective function,and the optimal control vector is determined within the sector.Finally,the superiority of the MPC algorithm based on voltage vector expansion is verified by building an experimental platform.

Keywords:inverter circuit；finite control set model predictive control；voltage vector expansion；predictive model Foundation Project:Supported by National Natural Science Foundation of China(No.6107400刀；Natural Science Foun­dation of Shaanxi Province(No.2012JM8016)

1引言

MPC理论能够充分考虑控制对象的约束条件和非线性因素，适用于处理多变量系统，并通过最小化目标函数值来同时实现多个控制目标，因此MPC适用于逆变器的控制叫

传统FCS-MPC算法，均是将逆变电路桥臂侧输出电压的3种状态所形成的27种电压状态矢量代入到逆变电路的预测模型中，得到下一时刻27个可能的输出量以选择使目标函数最小的状

基金项目：国家自然科学基金(61074007)；陕西省自然科学基金(2012JM8016)

定稿日期：2018-11-29

作者简介：曾家齐(1995-),男，新疆伊宁人，硕士研究生，研究方向为逆变器控制。态矢量所对应的开关状态叫该方法充分利用了逆变电路的开关状态有限的特性，但不可避免存在着控制精度不足的情况，即在27个状态矢量中所选的最优状态矢量仍与参考电压存在较大差距叫，解决该问题的途径有两个：①根据伏秒平衡原理通过控制不同矢量的作用时间(所提到的矢量作用时间均为形成该矢量的开关状态组合的作用时间)精确合成；②在原有27个状态矢量的基础上增加矢量数量与类型，扩大最优矢量的搜索范围。在上述两种方法中，方法①的原理与空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法相同，其中涉及到复杂的坐标转换以及当参考电压矢量位于不同扇区时，合成该参考矢量的3个电压状态矢量的作用时间的计算方法也不相同，导致计算量过大，计算时间过长，且SVPWM方法中采用的调制波不同也会对

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