基于周期控制方法的MPC开关频率调节策略

针对电力电子设备使用有限集模型预测控制器(MPC)时存在的可变开关频率问题,设计了一种基于周期控制方法的有限集MPC开关频率调节策略.新型开关频率调节策略将在有限集MPC中设置特定算法.其中新型算法中采用了对门极驱动信号的上升沿和下降沿周期测量和跟踪控制以产生类调制的输出频谱,同时在成本函数中设计相关项以实现开关频率调节.开关频率调节算法易于设计和实现,可在不显著增加计算负担的情况下使有限集MPC产生较为规则的频谱.以三相两电平逆变器系统为测试对象开展了对比仿真和实验,仿真和实验结果验证了新型开关频率调节方案可有效地调节有限集MPC的开关频率,并提高逆变器的输出电能质量.     

三电平逆变器有限开关序列模型预测控制策略

针对三电平有源中性点箝位(ANPC)逆变器采用模型预测控制(MPC)策略时存在开关频率不固定和采样频率较高的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测控制(FSS-MPC)策略。该策略将控制集确定为10组开关序列,构建了包含中性点电压偏差的目标函数,通过滚动优化确定最优开关序列,从而控制中性点电压平衡和减小开关器件损耗。最后通过仿真和实验验证了控制策略的有效性。     

基于模型预测的VIENNA整流器定频控制

针对传统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、网侧电流纹波含量大等缺陷,提出一种固定开关频率的基于最优开关序列合成的电流MPC方法.通过选取扇区内代价函数最小的3个相邻电压矢量合成最优电压矢量,并根据电压矢量的代价函数直接计算开关序列占空比,实现了 FCS-MPC与空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略的有机结合.为验证此处控制方案的有效性,基于一台满额功率为8 kW的三相三电平VIENNA整流器样机进行完整的测试分析,结果表明所提控制策略具有良好的稳态和动态性能.     

大功率三电平变流器有限控制集开关频率预测控制

针对现有大功率变流器缺少主动式开关频率灵活控制方式来实现热管理的问题,提出一种有限控制集开关频率控制方法.建立中点箝位(NPC)三电平脉宽调制(PWM)整流器有限控制集预测模型,引入固定滑窗开关频率统计方法;在有限控制集预测控制基础上添加固定滑窗时间内开开关频率优化项,建立统一多目标价值函数,选择最小化价值函数的电压矢量.基于2 MW三电平变流器样机进行实验验证,表明该方法性能良好.     

三电平整流器动态加权最优开关矢量MPC设计

为优化有限集模型预测控制器(MPC)的性能,设计了一种动态加权最优开关矢量模型预测控制(OSVMPC).新型MPC中引入了具有明确定义的动态权重系数实时分析调整技术,从而优化了 MPC中成本函数计算过程.动态权重系数实时分析调整技术是一种控制器动态行为,可自适应电力电子变换器的不同工况,因而可确保变换器兼具优良的稳态性能和动态响应.以中点箝位型(NPC)三电平整流器为应用对象,对其应用动态加权OSVMPC后,较之常规MPC方案,所提出的新型MPC方案控制性能更优.最后,实验结果验证了所设计的动态加权OSVMPC的性能优势.     

适用于Boost三电平变换器的模型预测控制方法

相比于传统的双闭环控制,模型预测控制(MPC)具有动态响应快、无需调节PI参数以及可以增加系统状态变量约束等优点,被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。而在大多数的研究中,一般采用的是有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,但这种控制方法无法提供固定的开关频率。因此,针对Boost三电平变换器,提出了一种基于连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)的固定开关频率控制方法,其可同时实现输出电压控制以及平衡输出侧中点电位2个控制目标,并且在评价函数中无需调节不同控制目标的权重系数,简化了控制器参数设计难度。通过MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行仿真与实验,结果都证明了理论分析的正确性。     

三电平ANPC逆变器优化开关序列模型预测控制

针对三电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器提出一种优化开关序列的模型预测控制(MPC)策略,根据逆变器拓扑结构建立了数学模型,选择最优的开关序列对逆变器进行控制。所提方法改善了传统MPC开关频率不固定和采样频率较高的缺点,构建了包含电流偏差和中点电压偏移量的价值函数,选择使价值函数最小的开关序列和时间序列作为输出。仿真和实验结果表明,所提优化开关序列的控制策略具有有效性与可行性。     

基于虚拟矢量调制的T型并网变换器模型预测控制

针对传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、寻优过程计算量大等缺点,提出了一种新型基于离散空间矢量调制的改进型模型预测控制算法,该方法通过采用由实矢量线性组合生成虚拟矢量的方式,实现了在单开关周期内输出多个实矢量和固定的开关频率;通过引入虚拟矢量调制增加了矢量控制集,有效减小了网侧电流纹波,改善了并网电流质量.给出了离散矢量调制的实现方案,并基于一台7 kW的实验样机平台进行了必要的实验验证分析.实验结果表明,与传统的FCS-MPC方法相比,所设计的虚拟矢量调制方法有效提高了网侧电流输出质量,有效抑制了网侧电流纹波并改善了系统动态响应性能.     

基于LCL滤波器充电桩电流模型预测控制研究

提出基于LCL滤波器充电桩的电流模型预测控制(MPC)策略。首先阐述有限控制集(FCS)MPC原理并分析充电桩数学模型,给出基于开关函数的电流MPC空间方程。接着,进行控制器设计和快速矢量选择方法设计,通过对电流模型预测参考值引入有源阻尼的修正量,抑制LCL滤波器带来的谐振问题。最后,经过仿真和实验验证,证明了所提方法的有效性。     

基于混合逻辑动态模型的三相逆变电路有限控制集模型预测控制策略

逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。FCS-MPC充分考虑了电路的离散特性,选择有限控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路开关管的控制信号,从而控制电路的输出电压,无需任何调制器,可简化MPC的优化问题。此外,基于全维状态观测器设计了电路负载电流观测器,增强了控制器的鲁棒性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。