三相電壓型逆變器電流預(yù)測控制方法研究.pdf

1、近年來,隨著新能源的加速開發(fā)利用,新能源的微網(wǎng)或并網(wǎng)發(fā)電等對逆變器的電流跟蹤控制技術(shù)提出了更高的要求。三相電壓型逆變器是目前應(yīng)用最多最廣的一種拓撲結(jié)構(gòu),其FCS-MPC(Finite Control Set-Model Predictive Control)電流預(yù)測控制具有響應(yīng)速度快、跟蹤精度高、原理簡單、控制靈活等優(yōu)點,但也存在著控制延時、開關(guān)頻率不受限制、模型參數(shù)敏感等問題,嚴重影響電流跟蹤精度和逆變器性能的發(fā)揮等,尤其在多電平電壓

2、型逆變器的控制中更為明顯。本文主要圍繞這些問題展開以下研究工作:
　　建立了三相電壓型逆變器的FCS-MPC電流預(yù)測控制的數(shù)學(xué)模型,分析了幾種近似離散方法對模型精度的影響,并通過仿真分析深入研究了影響逆變器電流跟蹤效果的各種因素和模型參數(shù)敏感性問題。
　　采用內(nèi)嵌FPGA的Compact RIO9073作為控制器,設(shè)計并搭建了集測量控制和分析于一體的系統(tǒng)實驗平臺,通過引入LabVIEW的FPGA開發(fā)環(huán)境,簡化了FPGA的編程

3、,重點解決了FPGA中實現(xiàn)FCS-MPC電流預(yù)測控制算法關(guān)鍵性問題,實現(xiàn)了硬件級的并行高速計算,解決了控制延時的問題,并進行了控制算法的實驗驗證和分析。
　　從矢量分析的角度出發(fā),建立幾種空間電壓矢量使能矩陣表,對參與預(yù)測控制算法的矢量進行了使能和屏蔽,大幅度減小了核心算法的計算量;通過分析開關(guān)切換次數(shù)與電壓矢量的關(guān)系,建立了動態(tài)使能矩陣表,并對零開關(guān)矢量進行重配,優(yōu)化了開關(guān)切換在時間軸上的分布,減少了開關(guān)切換次數(shù)。
　　通

4、過研究電壓矢量的模與開關(guān)切換次數(shù)間的規(guī)律,在控制算法的代價函數(shù)中引入了與開關(guān)頻率相關(guān)的權(quán)重,建立了開關(guān)切換次數(shù)表,對權(quán)重進行了等比例標(biāo)定,實現(xiàn)了對開關(guān)頻率的靈活限制。
　　通過建立漸近狀態(tài)觀測器對back EMF參數(shù)未知情況進行觀測;通過二階最小二乘在線參數(shù)辨識對R和L參數(shù)未知情況進行在線參數(shù)辨識;通過四階在線參數(shù)辨識和信號擾動法對R、L和back EMF均未知情況進行在線參數(shù)辨識,自動修正模型參數(shù),實現(xiàn)電流預(yù)測自適應(yīng)控制。

5、>　　本文的主要創(chuàng)新工作有:
　　(1)設(shè)計并搭建了基于LabVIEW的控制實驗平臺,首次將LabVIEW的FPGA開發(fā)環(huán)境引入逆變器的電流跟蹤控制中,極大降低了FPGA開發(fā)難度,解決了并行加速計算、有限資源使用、死區(qū)控制等問題,實現(xiàn)在200萬門的FPGA中完成FCS-MPC控制算法的高速計算,總計算時間275ns,總控制延時小于2μs。
　　(2)提出了減小計算量的FCS-MPC優(yōu)化算法,從矢量角度分析了FCS-MPC算法