基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法与流程

基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法
技术领域
1.本发明涉及三电平pwm整流技术领域，特别涉及结合滑模控制器的改进模型预测功率控制技术领域，具体涉及一种基于滑模控制的t型三电平整流器改进模型预测功率控制方法。


背景技术：

2.近年来随着大型充电桩和大功率储能装置越来越得到人们的关注，其中整流器是其中的一个重要环节，与传统的两电平整流器相比，三电平整流器输入电流谐波含量低，对电网的影响小，输出电压更加稳定。
3.模型预测控制是一种新型的非线性预测控制策略，该控制策略需要建立一个能预测未来行为的数学模型，通常需要构建目标函数，选择使目标函数最小的控制量对系统进行控制，进而使得系统能够跟踪上给定参考值。对于传统的三电平整流器的模型预测控制而言，其计算量大，需要27个计算周期来求得最优开关矢量，消耗了大量的计算资源，提高了硬件成本，目前，应用于整流器的模型预测功率控制基本都是使用pi控制器来产生参考功率，其动态响应速度较慢，过渡时间较长，难以适应负载变化较大的场景。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于滑模控制的t型三电平整流器改进模型预测功率控制方法。
5.本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
6.一种基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法，所述模型预测功率控制方法包括以下步骤：
7.s1、根据t型三电平整流器的直流侧的数学模型设计电压滑模面，令电压滑模面为0得到初步有功功率参考值，在所述初步有功功率参考值的基础上添加纠正函数，进而得到最终的有功功率参考值；
8.s2、设计一个寻找最佳扇区的第一目标函数，将每个扇区的中心矢量代入第一目标函数中，将使得第一目标函数的值最小的中心矢量所对应的扇区作为最佳扇区；
9.s3、设计一个寻找最优开关矢量的第二目标函数，将步骤s2中求出的最佳扇区中包含的所有开关矢量代入第二目标函数，将使得第二目标函数的值最小的开关矢量为最优开关矢量；
10.s4、通过微控制器将步骤s3求出的t型三电平整流器的最优开关矢量所对应的开关状态输出给功率开关器件，从而对功率开关器件进行控制。
11.进一步地，所述t型三电平整流器包括27个开关矢量，其中3个零矢量，分别为ppp、ooo和nnn，这里用ooo代替其他两个开关零矢量；其余24个开关矢量分别为6个长矢量、6个中矢量和12个短矢量；大扇区ⅰ的开关矢量包括：ooo，pnn，ppn；大扇区ⅱ开关矢量包括：ooo，ppn，npn；大扇区ⅲ开关矢量包括：ooo，npn，npp；大扇区ⅳ开关矢量包括：ooo，npp，
nnp；大扇区
ⅴ
开关矢量包括：ooo，nnp，pnp；大扇区ⅵ开关矢量包括：ooo，pnp，pnn；大扇区i内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，poo，onn，ppo，oon；大扇区i内的小扇区
②
开关矢量包括：poo，onn，pnn，pon；大扇区i内的小扇区
③
开关矢量包括：poo，onn，pon，ppo，oon；大扇区i内的小扇区
④
的开关矢量包括：pon，ppn，ppo，oon；大扇区ii内的小扇区
①
的开关矢量包括：ooo，ppo，oon，opo，non；大扇区ii内的小扇区
②
开关矢量包括：ppo，oon，ppn，opn；大扇区ii内的小扇区
③
开关矢量包括：ppo，oon，opn，opo，non；大扇区ii内的小扇区
④
开关矢量包括：opo，non，opn，npn；大扇区iii内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，opo，non，opp，noo；大扇区iii内的小扇区
②
开关矢量包括：opo，non，npn，npo；大扇区iii内的小扇区
③
开关矢量包括：opo，non，npo，opp，noo；大扇区iii内的小扇区
④
开关矢量包括：npo，npp，opp，noo；大扇区iv内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，opp，noo，oop，nno；大扇区iv内的小扇区
②
开关矢量包括：opp，noo，npp，nop；大扇区iv内的小扇区
③
开关矢量包括：opp，noo，nop，oop，nno；大扇区iv内的小扇区
④
开关矢量包括：oop，nno，nop，nnp；大扇区v内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，oop，nno，pop，ono；大扇区v内的小扇区
②
开关矢量包括：oop，nno，nnp，onp；大扇区v内的小扇区
③
开关矢量包括：oop，nno，onp，pop，ono；大扇区v内的小扇区
④
开关矢量包括：pop，ono，onp，pnp；大扇区vi内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，poo，onn，pop，ono；大扇区vi内的小扇区
②
开关矢量包括：pop，ono，pnp，pno；大扇区vi内的小扇区
③
开关矢量包括：pop，ono，pno，poo，onn；大扇区vi内的小扇区
④
开关矢量包括：poo，onn，pnn，pno。通过这样区分扇区可以缩小最优矢量选取范围，减少算法的计算量。
12.进一步地，所述步骤s1中，选取的电压滑模面和有功功率参考值的表达式如下所示：
13.其中，s为电压滑模面，u
ref
是输出电压的给定值，u
dc
是输出电压的值，i
dc
为输出电流的值，c为直流侧的电容值，y1和y2分别为第一纠正函数1和第二纠正函数2，p
ref
为有功功率的参考值，k1、k2、a、b为需要设置的正参数值，k1、k2与t型三电平整流器输出电压趋近于电压滑模面的速度有关，a、b与纠正函数的动态响应速度有关。通过这个滑模控制产生的参考功率能够以指数形式达到稳态值，大大加快了t型三电平整流器的动态响应速度。
14.进一步地，所述步骤s2中，求最优虚拟开关矢量所在的扇区的公式如下所示：
15.其中，j表示第一目标函数，q
ref
为无功功率参考值，p
ref
为有功功率的参考值，ts表示采样时间，pi(k)和pi(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的有功功
率，qi(k)和qi(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的无功功率，p(k)和q(k)为第k时刻的有功功率和无功功率，pi′
和qi′
分别为使用第i个开关矢量时的有功功率和无功功率的导数，sector(h)表示第h扇区为最佳扇区，argmin(j)表示在所有目标函数值的集合里的最小值；通过这个扇区选取方法，可以将最大最优扇区选取出来，缩小矢量的选取范围。
16.在静止两相αβ坐标系下，有功功率和无功功率导数的表达式如下所示：
17.其中，e
α
、e
β
、i
α
、i
β
代表静止两相αβ坐标系下的电网相电压和线电流，l是电网侧滤波电感的值，ω表示角速度，p
′
表示有功功率的导数，q
′
表示无功功率的导数；当整流器的开关状态为vi时，其在静止两相αβ坐标系下输出电压为ui(u
αi
,u
βi
)，将上式表示如下：
[0018][0019]uα
和u
β
代表开关矢量在αβ坐标系下的α分量和β分量，u
αi
和u
βi
代表第i个开关矢量在αβ坐标系下的α分量和β分量；
[0020]
在k+1时刻，有功功率和无功功率写成：
[0021]
将三电平空间矢量图分为6个大扇区和4个小扇区，取每个扇区中处于中间的开关矢量，这里称为扇区的中心矢量，利用大扇区的中心矢量分别计算出k+1时刻的有功功率pi(k+1)和无功功率qi(k+1)，求最优虚拟开关矢量所处的扇区的时候，先不考虑中点电压平衡问题，定义目标函数为：
[0022]
j＝[p
ref-pi(k+1)]2+[q
ref-qi(k+1)]2[0023]
求出第一目标函数j的最小值所对应的中心矢量，该中心矢量所在的大扇区就是最优虚拟开关矢量所位于的大扇区，然后用同样的方法得到该大扇区中最优虚拟开关矢量所处的小扇区，该小扇区即为最优开关矢量所在的扇区。
[0024]
进一步地，所述步骤s3过程如下：
[0025]
求出最优开关矢量所在的小扇区后，将该扇区中的开关矢量代入第二目标函数g中，使得第二目标函数g最小的开关矢量即为最优开关矢量，用于求最优开关矢量的公式如下所示：
[0026]
[0027]
其中，g为寻找最佳开关矢量的第二目标函数，uo(k)和uo(k+1)为第k时刻和第k+1时刻的中点电压，表达式分别为uo(k)＝u
c1
(k)-u
c2
(k)，uo(k+1)＝u
c1
(k+1)-u
c2
(k+1),u
c1
(k)、u
c2
(k)分别为k时刻上电容、下电容的电压值，u
c1
(k+1)和u
c2
(k+1)分别为k+1时刻上电容、下电容的电压值，c是直流侧的电容值，s
abc
是每一相的开关状态，且|s
abc
|＝{|sa|，|sb|，|sc|}，sa、sb、sc分别为a相、b相、c相的开关状态i
abc
是电网侧的线电流，其表达式为i
abc
＝{ia，ib，ic}，ia、ib和ic分别为a相、b相和c相线电流，λ为中点电位的权重因子，vector(m)表示第m开关矢量为最优开关矢量，argmin(g)表示在所有目标函数值的集合里的最小值。通过这个表达式在之前找出的最优大扇区中选取最优的小扇区，能够更进一步的缩小最优矢量的选取范围，从而达到减少计算量的目的。
[0028]
进一步地，根据多次仿真实验，选择λ的取值为0.1。在这个取值下，能够比较好的平衡中点电位，同时对输出功率的影响也较小。
[0029]
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0030]
本发明在传统模型预测功率控制的基础上，采用先判断最优扇区，后判断最优开关矢量的控制方式，相比于传统的三电平整流器模型预测控制，这种控制方法不需要对所有27个开关矢量都进行计算，大大减少了控制算法的计算量，节约了控制芯片的计算资源，并且通过在目标函数中加入中点电压的权重因子方式，该方法不仅能够有效平衡中点电压，而且减小了电网侧电流的谐波含量，使得t型三电平整流器的输出有功功率能够跟踪上有功功率给定参考值，实现了单位功率因数运行；同时，本发明使用了滑模控制来产生有功功率的参考值，相较于传统pi控制器，滑模控制的响应速度快，在加入了纠正函数之后，不仅大大提高了t型三电平整流器的动态响应速度，也能消除抖振和静态误差。
附图说明
[0031]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0032]
图1是本发明实施例中t型三电平整流器的电路拓扑图；
[0033]
图2是本发明实施例中三电平空间电压矢量图；
[0034]
图3是本发明实施例中三电平空间矢量扇区图；
[0035]
图4是本发明实施例中基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的控制框图；
[0036]
图5是本发明实施例中基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的电网侧电流波形图；
[0037]
图6是本发明实施例中基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的输出有功功率和无功功率示意图；
[0038]
图7是本发明实施例中基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的输出电压在负载突变时的暂态响应示意图；
[0039]
图8是本发明实施例中基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的直流侧电容电压示意图。
具体实施方式
[0040]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
实施例一
[0042]
在图1中，给出了t型三电平整流器的拓扑结构图，三相三电平整流器通过滤波电感l直接与电网相连。
[0043]
在图2中，给出了三电平变流器的27个开关矢量对于的空间矢量图，每一个开关矢量都对应着整流器的输出的电压向量。
[0044]
当整流器的开关矢量为vi时，三电平整流器的输出电压向量为ui(u
αi
，u
βi
)，三电平整流器的输出电压向量可以有如下的式子求得：
[0045][0046]
在式(1)中，ui为第i个开关矢量作用时的输出电压；l为交流滤波电感；e为电网电压；i代表电网线电压；经过clark变换，可以将方程从三相坐标系变换到两相静止αβ坐标系下：
[0047][0048]
其中，e
α
，e
β
，i
α
，i
β
代表两相静止αβ坐标系下的相电压的α分量、β分量和线电流的α分量、β分量。
[0049]
以三相电网电压为例，clark等幅值变换公式为：
[0050][0051]
其中，ea、eb和ec为a相、b相和c相电网电压，e
α
和e
β
有以下关系：
[0052][0053]
式中，ω为电网电压角频率。
[0054]
在αβ坐标系下描述瞬时有功功率和无功功率的式子为：
[0055][0056]
其中，p和q分别代表有功功率和无功功率，结合上述式子可以得出在αβ坐标系下有功功率和无功功率的导数为：
[0057][0058]
其中，p
′
和q
′
表示有功功率和无功功率的导数，上式也可以表示为：
[0059][0060]
式中，pi′
和qi′
表示当第i个开关矢量作用时的有功功率和无功功率的导数；u
α
和u
β
代表开关矢量在αβ坐标系下的α分量和β分量；u
αi
和u
βi
代表第i个开关矢量输出电压在αβ坐标系下的α分量和β分量；
[0061]
在k+1时刻，有功功率和无功功率可以写为：
[0062][0063]
其中，ts是采样周期，有功功率p(k)和无功功率q(k)是k时刻的有功和无功，有功功率p(k+1)和无功功率q(k+1)是k+1时刻的有功和无功预测值。
[0064]
在图3中，对三电平空间矢量图进行扇区划分，每个扇区的开关矢量如表1所示。其中有3个零矢量，6个长矢量，6个中矢量和12个短矢量。对于传统的模型预测控制而言，需要进行25个计算周期，而对于改进的模型预测控制只需要进行14个计算周期。
[0065]
表1.扇区的开关矢量表
[0066]
[0067][0068]
t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的第一步是生成参考有功功率，根据滑模控制可以得出参考功率的表达式如下：
[0069][0070]
其中，s为电压滑模面，u
ref
是输出电压的给定值，u
dc
是输出电压的值，i
dc
为输出电流的值，c为直流侧的电容值，y1和y2分别为第一纠正函数和第二纠正函数2，p
ref
为有功功率的参考值，k1、k2、a、b为需要设置的正参数值，k1、k2与t型三电平整流器输出电压趋近于电压滑模面的速度有关，a、b与纠正函数的动态响应速度有关。
[0071]
下一步是根据式(9)产生的参考功率去判断最优虚拟开关矢量所在的大扇区，判断扇区的目标函数为：
[0072]
其中，j表示第一目标函数，q
ref
为无功功率参考值，ts表示采样时间，pi(k)和pi(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的有功功率，qi(k)和qi(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的无功功率，p(k)和q(k)为第k时刻的有功功率和无功功率，pi′
和qi′
分别为使用第i个开关矢量时的有功功率和无功功率的导数，sector(h)表示第h扇区为最佳扇区，argmin(j)表示在所有目标函数值的集合里的最小值。
[0073]
求出第一目标函数j的最小值所对应的中心矢量，该中心矢量所在的大扇区就是最优虚拟开关矢量所位于的大扇区，然后用同样的方法得到该大扇区中最优虚拟开关矢量所处的小扇区，该小扇区即为最优开关矢量所在的扇区。
[0074]
求出最优开关矢量所在的小扇区后，将该扇区中的开关矢量代入第二个目标函数g中，使得第二目标函数g最小的开关矢量即为最优开关矢量；用于求最优开关矢量的公式如下所示：
[0075][0076]
其中，g为寻找最佳开关矢量的第二目标函数，uo(k)和uo(k+1)为第k时刻和第k+1时刻的中点电压，表达式分别为uo(k)＝u
c1
(k)-u
c2
(k)，uo(k+1)＝u
c1
(k+1)-u
c2
(k+1),u
c1
(k)、u
c2
(k)分别为k时刻上电容、下电容的电压值，u
c1
(k+1)和u
c2
(k+1)分别为k+1时刻上电容、下电容的电压值，c是直流侧的电容值，s
abc
是每一相的开关状态，且|s
abc
|＝{|sa|，|sb|，|sc|}，sa、sb、sc分别为a相、b相、c相的开关状态i
abc
是电网侧的线电流，其表达式为i
abc
＝{ia，ib，ic}，ia、ib和ic分别为a相、b相和c相线电流，λ为中点电位的权重因子，vector(m)表示第m开关矢量为最优开关矢量，argmin(g)表示在所有目标函数值的集合里的最小值。
[0077]
求出最佳开关矢量之后，微处理器根据最优开关矢量对应的开关状态对功率开关器件进行控制。
[0078]
在图4中，给出了基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制的控制框图，控制算法总结如下：首先，通过滑模控制器生成参考有功功率p
ref
，其次，将6个大扇区的中心矢量代入目标函数j中，得到令目标函数j最小的中心矢量，得到其最优大扇区，然后在该大扇区中用同样的方法得到最优小扇区，下一步将最优小扇区中的开关矢量代入目标函数g中，得到令目标函数g最小的最优开关矢量，最后根据最优开关矢量对应的开关状态对整流器的功率开关器件进行控制，使其有功功率和无功功率跟踪上参考功率，并且能够平衡直流侧中点电位，当负载突变时系统也会很快进入新的稳态。
[0079]
采用仿真软件matlab/simulink构建基于滑模控制的t型三电平整流器的改进模型预测功率控制系统进行仿真验证，其中参数如表2所示。
[0080]
表2.仿真参数表
[0081]
参数值滤波电感l6mh直流侧电容c1000uf电网相电压峰值100v输出电压给定值v
ref
400v有功功率给定值p
ref
2kw无功功率给定值q
ref
0var电网频率f50hz采样频率fs10khz权重因子λ0.1滑模控制参数a0.04
滑模控制参数b2滑模控制参数k10.003滑模控制参数k20.03
[0082]
在图5中，给出了基于滑模控制的t型三电平整流器的模型预测功率控制的电网侧电流波形图，图中可以看出电网侧电流的波形质量比较好，正弦化程度高；在图6中，给出了基于滑模控制的t型三电平整流器的模型预测功率控制的输出有功功率和无功功率，图中可以看出使用t型三电平整流器的模型预测功率控制后，输出有功功率和无功功率都能够很好地跟踪上参考功率的给定值；在图7中，给出了基于滑模控制的t型三电平整流器的模型预测功率控制的输出电压在负载突变时的暂态响应，图中可以看出，当负载发生突变的时候，输出电压变化较小，能够在很短的时间内重新上升到输出电压给定值。在图8中，给出了基于滑模控制的t型三电平整流器的模型预测功率控制的直流侧电容电压。从图中可以看出，中点电压得到了平衡，上下波动不超过3v。从上面的仿真结果可以看出，基于滑模控制的t型三电平整流器的模型预测功率控制不仅减少了计算周期，而且能够较好的跟踪给定参考有功功率和无功功率，减少电网侧电流中的谐波含量，平衡中点电压，同时在负载突变的时候输出电压变化较小，能够在很短的时间内重新上升到输出电压给定值。
[0083]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，所述模型预测功率控制方法包括以下步骤：s1、根据t型三电平整流器的直流侧的数学模型设计电压滑模面，令电压滑模面为0得到初步有功功率参考值，在所述初步有功功率参考值的基础上添加纠正函数，进而得到最终的有功功率参考值；s2、设计一个寻找最佳扇区的第一目标函数，将每个扇区的中心矢量代入第一目标函数中，将使得第一目标函数的值最小的中心矢量所对应的扇区作为最佳扇区；s3、设计一个寻找最优开关矢量的第二目标函数，将步骤s2中求出的最佳扇区中包含的所有开关矢量代入第二目标函数，将使得第二目标函数的值最小的开关矢量为最优开关矢量；s4、通过微控制器将步骤s3求出的t型三电平整流器的最优开关矢量所对应的开关状态输出给功率开关器件，从而对功率开关器件进行控制。2.根据权利要求1所述的基于滑模控制的t型三电平整流器改进模型预测功率控制方法，其特征在于，所述t型三电平整流器包括27个开关矢量，其中3个零矢量，分别为ppp、ooo和nnn，这里用ooo代替其他两个开关零矢量；其余24个开关矢量分别为6个长矢量、6个中矢量和12个短矢量；大扇区ⅰ的开关矢量包括：ooo，pnn，ppn；大扇区ⅱ开关矢量包括：ooo，ppn，npn；大扇区ⅲ开关矢量包括：ooo，npn，npp；大扇区ⅳ开关矢量包括：ooo，npp，nnp；大扇区
ⅴ
开关矢量包括：ooo，nnp，pnp；大扇区ⅵ开关矢量包括：ooo，pnp，pnn；大扇区i内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，poo，onn，ppo，oon；大扇区i内的小扇区
②
开关矢量包括：poo，onn，pnn，pon；大扇区i内的小扇区
③
开关矢量包括：poo，onn，pon，ppo，oon；大扇区i内的小扇区
④
的开关矢量包括：pon，ppn，ppo，oon；大扇区ii内的小扇区
①
的开关矢量包括：ooo，ppo，oon，opo，non；大扇区ii内的小扇区
②
开关矢量包括：ppo，oon，ppn，opn；大扇区ii内的小扇区
③
开关矢量包括：ppo，oon，opn，opo，non；大扇区ii内的小扇区
④
开关矢量包括：opo，non，opn，npn；大扇区iii内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，opo，non，opp，noo；大扇区iii内的小扇区
②
开关矢量包括：opo，non，npn，npo；大扇区iii内的小扇区
③
开关矢量包括：opo，non，npo，opp，noo；大扇区iii内的小扇区
④
开关矢量包括：npo，npp，opp，noo；大扇区iv内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，opp，noo，oop，nno；大扇区iv内的小扇区
②
开关矢量包括：opp，noo，npp，nop；大扇区iv内的小扇区
③
开关矢量包括：opp，noo，nop，oop，nno；大扇区iv内的小扇区
④
开关矢量包括：oop，nno，nop，nnp；大扇区v内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，oop，nno，pop，ono；大扇区v内的小扇区
②
开关矢量包括：oop，nno，nnp，onp；大扇区v内的小扇区
③
开关矢量包括：oop，nno，onp，pop，ono；大扇区v内的小扇区
④
开关矢量包括：pop，ono，onp，pnp；大扇区vi内的小扇区
①
开关矢量包括：ooo，poo，onn，pop，ono；大扇区vi内的小扇区
②
开关矢量包括：pop，ono，pnp，pno；大扇区vi内的小扇区
③
开关矢量包括：pop，ono，pno，poo，onn；大扇区vi内的小扇区
④
开关矢量包括：poo，onn，pnn，pno。3.根据权利要求2所述的基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，选取的电压滑模面和有功功率参考值的表达式如下所示：
其中，s为电压滑模面，u
ref
是输出电压的给定值，u
dc
是输出电压的值，i
dc
为输出电流的值，c为直流侧的电容值，y1和y2分别为第一纠正函数1和第二纠正函数2，p
ref
为有功功率的参考值，k1、k2、a、b为需要设置的正参数值，k1、k2与t型三电平整流器输出电压趋近于电压滑模面的速度有关，a、b与纠正函数的动态响应速度有关。4.根据权利要求2所述的基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，求最优虚拟开关矢量所在的扇区的公式如下所示：其中，j表示第一目标函数，q
ref
为无功功率参考值，p
ref
为有功功率的参考值，t
s
表示采样时间，p
i
(k)和p
i
(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的有功功率，q
i
(k)和q
i
(k+1)分别为第k时刻和第k+1时刻下使用第i个开关矢量时的无功功率，p(k)和q(k)为第k时刻的有功功率和无功功率，p
i
′
和q
i
′
分别为使用第i个开关矢量时的有功功率和无功功率的导数，sector(h)表示第h扇区为最佳扇区，argmin(j)表示在所有目标函数值的集合里的最小值；在静止两相αβ坐标系下，有功功率和无功功率导数的表达式如下所示：其中，e
α
、e
β
、i
α
、i
β
代表静止两相αβ坐标系下的电网相电压和线电流，l是电网侧滤波电感的值，ω表示角速度，p
′
表示有功功率的导数，q
′
表示无功功率的导数；当整流器的开关状态为v
i
时，其在静止两相αβ坐标系下输出电压为u
i
(u
αi
,u
βi
)，将上式表示如下：u
α
和u
β
代表开关矢量在αβ坐标系下的α分量和β分量，u
αi
和u
βi
代表第i个开关矢量在αβ坐标系下的α分量和β分量；在k+1时刻，有功功率和无功功率写成：
将三电平空间矢量图分为6个大扇区和4个小扇区，取每个扇区中处于中间的开关矢量，这里称为扇区的中心矢量，利用大扇区的中心矢量分别计算出k+1时刻的有功功率p
i
(k+1)和无功功率q
i
(k+1)，求最优虚拟开关矢量所处的扇区的时候，先不考虑中点电压平衡问题，定义目标函数为：j＝[p
ref-p
i
(k+1)]2+[q
ref-q
i
(k+1)]2求出目标函数j的最小值所对应的中心矢量，该中心矢量所在的大扇区就是最优虚拟开关矢量所位于的大扇区，然后用同样的方法得到该大扇区中最优虚拟开关矢量所处的小扇区，该小扇区即为最优开关矢量所在的扇区。5.根据权利要求2所述的基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，所述步骤s3过程如下：求出最优开关矢量所在的小扇区后，将该扇区中的开关矢量代入第二目标函数g中，使得第二目标函数g最小的开关矢量即为最优开关矢量，用于求最优开关矢量的公式如下所示：其中，g为寻找最佳开关矢量的第二目标函数，u
o
(k)和u
o
(k+1)为第k时刻和第k+1时刻的中点电压，表达式分别为u
o
(k)＝u
c1
(k)-u
c2
(k)，u
o
(k+1)＝u
c1
(k+1)-u
c2
(k+1),u
c1
(k)、u
c2
(k)分别为k时刻上电容、下电容的电压值，u
c1
(k+1)和u
c2
(k+1)分别为k+1时刻上电容、下电容的电压值，c是直流侧的电容值，s
abc
是每一相的开关状态，且|s
abc
|＝{|s
a
|，|s
b
|，|s
c
|}，s
a
、s
b
、s
c
分别为a相、b相、c相的开关状态i
abc
是电网侧的线电流，其表达式为i
abc
＝{i
a
，i
b
，i
c
}，i
a
、i
b
和i
c
分别为a相、b相和c相线电流，λ为中点电位的权重因子，vector(m)表示第m开关矢量为最优开关矢量，argmin(g)表示在所有目标函数值的集合里的最小值。6.根据权利要求2所述的基于滑模控制的t型三电平整流器模型预测功率控制方法，其特征在于，选择λ的取值为0.1。

技术总结
本发明公开了一种基于滑模控制的T型三电平整流器模型预测功率控制方法，针对三相三电平T型整流器，提出了一种改进的模型预测控制来调节瞬时有功功率和无功功率，并且平衡中点电压，同时采用滑模控制代替传统的PI控制来调节输出电压。该模型预测功率控制方法先通过滑模控制计算出有功功率参考值，再找出最优虚拟开关矢量所在的扇区，然后在该扇区中找到最优开关矢量，最后根据找出的最优开关状态对T型三电平整流器的各个开关器件进行控制。本发明相比于结合PI的传统模型预测功率控制，能够减小算法的计算量，大大加快了T型三电平整流器的动态响应速度，使其性能表现良好。使其性能表现良好。使其性能表现良好。


技术研发人员：康龙云 段新威 周海兰 刘清华 赵明 庄胜加
受保护的技术使用者：珠海中力新能源科技有限公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8