三相电压型PWM整流器定频模型预测控制

针对模型预测控制(model predictive control,MPC)采样频率较高、开关频率不确定等问题,提出了一种三相电压型脉宽调制整流器(voltage source PWM rectifier,VSR)定频模型预测控制(model predictive control with fixed switching frequency,FSF-MPC)。分析了三相VSR各电压矢量在六个扇区内对d、q轴电流瞬时变化的影响,基于电流预测模型,在固定时间间隔内以满足电流误差最小为原则计算各电压矢量作用时间。采用空间矢量调制原理获得功率器件的开关状态,实现模型预测控制的定频控制。1 kW样机的仿真与实验结果表明,与不定频模型预测控制相比,所提FSF-MPC控制算法开关频率恒定,且无需较高的采样频率,可有效降低纹波电流和电流失真,提高三相VSR系统的运行性能。     

单相级联H桥整流器简化模型预测电流控制

以电力电子变压器(power electronic transformer,PET)牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifiers,CHBR)为研究对象,首先推导了其离散数学模型,并分析了传统有限集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)算法原理;然后,为了减小FCS-MPCC算法实现时所带来的巨大计算量,进一步提高系统稳态性能,提出一种基于两矢量的简化模型预测控制算法(simplified model predictive currentcontrol,SMPCC)。所提算法对控制集的选取进行简化,减少备选电压矢量数目,且摒弃传统的在线寻优方法,通过简化计算判断最优扇区,在显著减少数字运算量的同时实现开关频率固定与电容电压平衡控制。最后,将所提算法与2种传统FCS-MPCC算法进行半实物对比验证,实验结果证明了所提算法的合理性和有效性。     

三相储能型准Z源并网逆变器有限开关序列模型预测直接功率控制EI北大核心CSCD

以三相储能型准Z源并网逆变器为研究对象,以提高逆变器的响应速度,实现多目标协同控制为研究目标。首先,推导了三相储能型准Z源并网逆变器的离散化数学模型;然后,介绍了传统的有限集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control, FCS-MPDPC)策略。为了克服传统FCS-MPDPC策略开关频率不固定,电流谐波分布无规律,控制精度依赖于高采样频率的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测直接功率控制(finite switching sequence model predictive direct power control,FSS-MPDPC)策略;最后,通过实验对FCS-MPDPC策略和FSS-MPDPC策略进行了对比验证,结果证明了所提控制策略的有效性。     

三相储能型准Z源并网逆变器有限开关序列模型预测直接功率控制

以三相储能型准Z源并网逆变器为研究对象,以提高逆变器的响应速度,实现多目标协同控制为研究目标。首先,推导了三相储能型准Z源并网逆变器的离散化数学模型;然后,介绍了传统的有限集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control, FCS-MPDPC)策略。为了克服传统FCS-MPDPC策略开关频率不固定,电流谐波分布无规律,控制精度依赖于高采样频率的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测直接功率控制(finite switching sequence model predictive direct power control,FSS-MPDPC)策略;最后,通过实验对FCS-MPDPC策略和FSS-MPDPC策略进行了对比验证,结果证明了所提控制策略的有效性。     

三相并网逆变器输出电流多步预测控制（英文）

模型预测控制(model predictive control,MPC)算法是一种优化控制算法,该算法具有动态响应快、处理系统约束灵活等优点。但是在逆变器的控制中,这种算法仅可确保所选择的开关函数组合在1个控制周期内是最优的,这将使逆变器的控制趋于保守,影响控制性能。针对传统逆变器一步模型预测算法的保守性,提出一种在1个控制周期内同时考虑最优开关函数组合及次优开关函数组合,并确保在2个控制周期内所选开关函数组合最优的两步预测算法。对采用这种算法的三相并网型逆变器在稳态和动态工况下进行对比仿真和实验,仿真及实验结果表明:采用两步预测算法的三相并网型逆变器输出电流的电能质量明显好于采用传统一步预测算法的情况,验证了两步预测算法的有效性及可行性。     

适用于Boost变换器的自适应模型预测控制算法

相比于传统的PI控制,模型预测控制(model predictive control,MPC)具有动态响应快、避免调整控制参数,以及可增加系统约束等优点,因此被广泛应用到电力电子控制领域。然而,系统模型参数的不匹配通常会导致控制系统产生稳态误差,对于Boost变换器电流控制尤为严重。因此,该文针对Boost变换器提出一种简单有效的模型预测控制方法,可解决因未知的电感电阻和输入电压引起的模型不匹配问题,并且只需一步预测即可实现控制目标。另外,所提出的方法是属于连续控制集模型预测控制(continuouscontrol set model predictive control,CCS-MPC),使用固定的开关频率。仿真和实验结果证明了所提出方法的有效性。     

一种电压源逆变器双零矢量模型预测控制方法

针对电压源型逆变器,提出了一种运算量较少的新型双零矢量模型预测控制(model predictive control,MPC)方法。该控制算法根据不同开关矢量状态,灵活选择2种零矢量状态,有效降低了开关次数和对硬件的运算要求。2种零矢量状态的灵活选择,对于平衡各个桥臂上、下开关的损耗和发热具有重要意义。在相同输出电流质量的前提下,相比于双零矢量电压型MPC算法,改进型MPC算法所需的计算量更少。详细介绍了改进型MPC的控制策略;比较了传统MPC算法、双零矢量电压型MPC算法和改进型MPC算法的控制效果。最后通过仿真和实验验证了该控制方法的有效性。     

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。     

基于定频MPC的飞跨电容储能双向直流变换器低频波动功率抑制策略

为抑制直流母线低频波动功率对储能系统的影响,以飞跨电容双向直流变换器为研究对象,提出基于单目标定频模型预测控制(model predictive control, MPC)低频波动功率抑制策略。为降低传统MPC算法的运算负荷,通过对变换器数学模型进行分析,提出一种单目标定频MPC控制算法。该算法仅需通过电感电流单目标约束函数,即可实现对系统电流及双端飞跨电容电压的控制,无须对两端飞跨电容电压进行独立寻优,极大地降低了计算量。为实现对储能系统低频波动功率的抑制,引入低频波动功率抑制算法,通过与所提MPC算法的融合,使最终控制方案能够在实现储能控制目标的前提下,具备低频波动功率抑制能力,且保持良好的动态性能。通过搭建小功率实验平台对所提控制策略的有效性进行了验证。     

单相PWM整流器两矢量有限集模型预测电流控制

为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-base...     

改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法

针对传统单矢量模型预测控制负载电流谐波含量大和多矢量模型预测控制开关频率高、功率损耗大的问题,在给出传统双矢量并网逆变器模型预测电流控制方法的基础上,提出改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法。该方法结合无差拍控制思想计算目标参考电压矢量,以电压矢量为目标函数,并通过优化电压矢量选择,减少了控制算法计算量,降低了负载电流谐波含量、逆变器开关频率和功率损耗,从而提高了并网逆变器的运行效率。通过仿真和实验对比研究了传统单矢量法、传统双矢量法和所提方法的控制效果,并验证了所提方法的有效性。     

一种改进永磁同步电机双矢量模型预测控制策略

永磁同步电机(PMSM)传统的模型预测控制(MPC)策略在一个控制周期内通过遍历计算,因只施加一个电压矢量,使得控制效果并不理想,并且算法计算量也比较大。针对此问题,在已有的两种MPC方法的基础上,提出一种优化方法,使得在保持良好的动静态性能的同时,开关频率也保持在较低水平。该方法通过扇区判断减少计算量,离散过程采用精度更高的龙格-库塔的离散方式,采用拉格朗日乘子法计算占空比。最后通过搭建模型仿真,与已有的两种双矢量MPC方法相比,验证了所提方法的有效性。     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

Model predictive control of grid-connected PV power generation system considering optimal MPPT control of PV modules

Because of system constraints caused by the external environment and grid faults, the conventional maximum power point tracking (MPPT) and inverter control methods of a PV power generation system cannot achieve optimal power output. They can also lead to misjudgments and poor dynamic performance. To address these issues, this paper proposes a new MPPT method of PV modules based on model predictive control (MPC) and a finite control set model predictive current control (FCS-MPCC) of an inverter. Using the identification model of PV arrays, the module-based MPC controller is designed, and maximum output power is achieved by coordinating the optimal combination of spectral wavelength and module temperature. An FCS-MPCC algorithm is then designed to predict the inverter current under different voltage vectors, the optimal voltage vector is selected according to the optimal value function, and the corresponding optimal switching state is applied to power semiconductor devices of the inverter. The MPPT performance of the MPC controller and the responses of the inverter under different constraints are verified, and the steady-state and dynamic control effects of the inverter using FCS-MPCC are compared with the traditional feedforward decoupling PI control in Matlab/Simulink. The results show that MPC has better tracking performance under constraints, and the system has faster and more accurate dynamic response and flexibility than conventional PI control.     

多电平级联H桥逆变器的模型预测控制策略

针对多电平级联H桥三相逆变器的控制性能提高问题,设计了一种新型的模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。MPC控制器基于预测模型对系统未来状态进行预测,然后将计算得到使所设计成本函数最小化的开关矢量进行输出。不同于传统两电平逆变器,多电平级联H桥逆变器的数学模型较为复杂,包含有大量电压矢量,导致计算负担较重。为此,通过设置和选择有效电压矢量子集,显著减少了得到最优电压矢量所需的计算量,同时不影响控制性能。搭建了五电平和九电平三相级联H桥逆变器实验平台开展了相关实验,实验结果验证了新型MPC控制器具有较优的控制性能。     

计及开关频率分区优化的PMSM三电平模型预测控制

为降低传统三电平供电的永磁同步电机模型预测控制系统的开关频率,提出一种计及开关频率分区优化的PMSM三电平模型预测控制方法。首先,将空间电压矢量平面划分为12个扇区,并且根据上一时刻电压矢量所在位置,选择相邻扇区的电压矢量作为备选矢量。其次,加入对开关状态切换的限制,每个开关周期仅允许一相开关状态发生连续性跳变,减少备选矢量数量的同时能够有效降低开关频率。进一步,利用具有相同空间位置但对中点电位影响相反的正负冗余小矢量来平衡中点电位。最后,通过仿真和实验,验证该控制策略的有效性。     

MMC-HVDC系统的低频模型预测控制方法

由于模型预测控制（model predictive control,MPC）具有原理简单、可同时实现多目标控制等优点,在模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）中应用越来越多,但传统模型预测控制存在计算量大、换流器开关频率高等问题。提出一种改进的模型预测控制方法,首先利用交流电流指标函数寻找最优开关状态组合,其次根据相邻时刻上子桥臂投入模块数目的变化,对开关状态组合进行优化,最后设计一个综合指标函数同时完成子模块电容电压平衡控制与环流抑制。该方法大幅减少了寻优过程的计算量,且降低了换流器的平均开关频率,减小了系统损耗,适合应用于MMC系统。基于MATLAB平台搭建了11电平三相MMC-HVDC仿真系统,仿真结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

一种改进型永磁同步电机模型预测电流控制方法

传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题,因此在传统MPCC的基础上,提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期,并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数,来评估两个周期内的最优电压矢量,使相邻周期最优电压矢量尽量相同,从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,相比于传统MPCC,所提方法在相同的控制频率下,可以有效降低开关频率。此外,在开关频率近似相等的情况下,所提方法可以有效改善电流控制性能。     

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。     

Discrete space vector modulation and optimized switching sequence model predictive control for three-level voltage source inverters

This paper proposes a discrete space vector modulation and optimized switching sequence model predictive controller for three-level neutral-point-clamped inverters in grid-connected applications. The proposed strategy is based on cascaded model predictive control (MPC) for controlling the grid current while maintaining the capacitor voltage balanced without weighting factor. To enhance the closed-loop performance, the external MPC evaluates 19 basic and 138 virtual vectors (VV) of the proposed space vector method. The optimal control voltage is then selected using an extended deadbeat method to reduce the execution time of the proposed control algorithm. By using the discrete space vector modulation principle, the VV are synthesized based on switching sequence (SS) and are divided into negative and positive SSs considering their impact on the neutral point (NP) potential. The inner MPC evaluates both types of SSs and selects the one that keeps the capacitor voltage balanced. Various controllers are evaluated and compared against the proposed control strategy. The results show that the proposed strategy improves performance without weighting factor, while maintaining a total harmonic distortion of current to be less than 2%. Compared to the modulated MPC which provides the same fxed switching frequency, the proposed controller reduces the computational burden by over 50% while also providing better NP voltage balance accuracy