一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统与流程

一种lc滤波型逆变器预测控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及lc滤波型逆变器控制领域，特别是涉及一种lc滤波型逆变器预测控制方法及系统。


背景技术：

2.随着风力发电、光伏发电和风能太阳能互补技术的快速发展，逆变器已成为可再生能源系统的重要组成部分。与电感(l)滤波型逆变器以及电感、电容、电感(lcl)滤波型逆变器相比，电感电容(lc)滤波型逆变器可实现输出电压的高频谐波抑制，因此更适合于独立系统中。为了有效的控制lc滤波型逆变器的输出电压性能，降低其总谐波失真(thd)，研究人员已经提出多种控制方法。其中，模型预测控制(mpc)由于其优越的动态性能及多目标控制能力，在逆变器的输出电流及电压控制中得到了广泛的关注。文献[p.cortes,g.ortiz,j.i.yuz,j.rodriguez,s.vazquez and l. g. franquelo, "model predictive control of an inverter with output lc filter for ups applications," ieee transactions on industrial electronics, vol. 56, no. 6, pp. 1875-1883, june 2009.]首次提出了基于mpc的lc滤波型逆变器输出电压控制方法，该方法将二阶状态空间系统的离散方程作为预测模型，并带入价值函数中以寻求最优电压矢量。然而，为了实现lc滤波型逆变器的mpc，通常需要三个电容电压传感器，三个逆变器侧电感电流传感器和三个负载电流传感器。为了降低传感器数量，节约硬件成本，研究人员开发了多种无传感器控制方法，从而在传感器发生故障时，提高了系统的可靠性。
[0003]
无传感器的控制方法主要分为两类，第一类为消除逆变器系统的电压传感器，第二类为消除逆变器系统的电流传感器。然而，为了实现电压或电流的估计，上述两种无传感器方法通常依赖于系统参数。当系统参数与实际参数不匹配时，会产生较大的电压或电流估计误差，从而导致较大的预测误差，甚至影响系统的稳定性。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于，提供一种lc滤波型逆变器预测控制方法及系统，以消除预测控制对系统参数的依赖。
[0005]
本发明提供一种lc滤波型逆变器预测控制方法，包括：建立lc滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型，根据所述lc滤波型逆变器的三相开关管状态得到其八个输出电压基本矢量，基于八个所述输出电压基本矢量，合成十二个输出电压虚拟矢量；获取电容电压梯度模型，在k时刻采样的电容电压梯度表示为：其中，为静止坐标系下时刻的电容电压梯度，为静止坐标系下k时刻的电容电压，为静止坐标系下时刻的电容电压；
重构lc滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，并存储在显示查找表中；根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。
[0006]
进一步地，对时刻的电容电压进行预测。
[0007]
进一步地，所述lc滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型为：其中，li为逆变器侧滤波电感，c为滤波电容，ii为静止坐标系下的逆变器侧的电感电流矢量，vi为静止坐标系下的逆变器侧的输出电压基本矢量，vc为静止坐标系下的电容电压，io为静止坐标系下的负载侧输出电流矢量，t为时间。
[0008]
进一步地，八个所述输出电压基本矢量通过以下方式合成十二个所述输出电压虚拟矢量：其中，其中，v
sj
为合成的输出电压虚拟矢量，j=1，2，
…
，12；vm和vn分别为合成输出电压虚拟矢量中的第一个输出电压基本矢量和第二个输出电压基本矢量；t
1,vm
和t
2,vn
分别为输出电压基本矢量vm和vn的作用时间；ts为控制周期。
[0009]
进一步地，每个所述输出电压基本矢量的作用时间的计算公式为：其中，g
vn
和g
vm
分别为输出电压基本矢量vm和vn对应的价值函数值。
[0010]
进一步地，输出电压基本矢量vn和vm在k时刻的电压梯度分别为：在k时刻的电压梯度分别为：其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压
基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量vm对应的时刻的电容电压梯度，为输出电压基本矢量vn对应的时刻的电容电压梯度。
[0011]
进一步地，剩余的输出电压基本矢量vy与输出电压基本矢量vm之间的关系为：其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量vy对应的时刻的电容电压梯度，且y≠m、y≠n。
[0012]
进一步地，所述k+1时刻输出电压虚拟矢量所对应的预测的电容电压为：其中，为输出电压基本矢量vm对应的时刻的电容电压梯度，为输出电压基本矢量vn对应的时刻的电容电压梯度。
[0013]
进一步地，所述k+1时刻预测的电容电压的价值函数为：其中，为输出电压虚拟矢量对应的价值函数值，v
cref
为参考电压。
[0014]
本发明还提供一种lc滤波型逆变器预测控制系统，包括：输出电压虚拟矢量生成模块，所述输出电压虚拟矢量生成模块用于获取所述lc滤波型逆变器的八个输出电压基本矢量和十二个输出电压虚拟矢量；电容电压梯度生成模块，所述电容电压梯度生成模块用于生成电容电压梯度模型；电容电压梯度更新模块，所述电压梯度更新模块用于重构lc滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，并将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，存储在显示查找表中；作用时间计算模块，所述作用时间计算模块用于根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；虚拟矢量选择模块，所述虚拟矢量选择模块用于根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。
[0015]
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法及系统，使用测量的电容电压梯度代替传统的预测模型，从而消除了传统预测控制对电流传感器以及系统参数准确性的依赖，提高
了参数鲁棒性，根据重构不同电容电压矢量的状态空间方程，在每个控制周期更新了所有的电容电压梯度数据，消除了梯度更新停滞带来的不利影响。本发明可很好地解决传统模型预测控制方法对系统参数依赖强的问题，尤其适用于线路阻抗频繁变化的孤岛微电网系统。
附图说明
[0016]
图1为使用本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法的lc滤波型逆变器的拓扑图；图2为本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法中的八个输出电压基本矢量的示意图；图3为利用图2中的输出电压基本矢量合成的输出电压虚拟矢量的示意图；图4为本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法中存储电容电压梯度的显示查找表；图5为本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法中电容电压梯度实时更新示意图；图6为本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法的控制流程示意图。
具体实施方式
[0017]
下面将结合示意图对本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法及系统的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0018]
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0019]
图1为使用本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法的lc滤波型逆变器的拓扑图，在图1中，为lc滤波型逆变器的直流侧电压，s1和s4为lc滤波型逆变器的其中一相的开关管（其余两相未展示），o为中性点，li为逆变器侧滤波电感，c为滤波电容，ii为静止坐标系下的逆变器侧电感电流矢量，vc为静止坐标系下的电容电压，io为静止坐标系下的负载侧输出电流矢量。
[0020]
本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法，在其中一个实施例中，包括以下步骤：s100：建立lc滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型，根据所述lc滤波型逆变器的三相开关管状态得到其八个输出电压基本矢量，基于八个所述输出电压基本矢量，合成十二个输出电压虚拟矢量；s200：获取电容电压梯度模型，在k时刻采样的电容电压梯度表示为：其中，为静止坐标系下时刻的电容电压梯度，为静止坐标系下k时刻的电容电压，为静止坐标系下时刻的电容电压；s300：重构lc滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，将实时更新获得的电容电压梯度与输
出电压基本矢量相对应，并存储在显示查找表中；s400：根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；s500：根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。
[0021]
在其中一个实施例中，在步骤s100中，将采样获得的三相电容电压（v
ca
，v
cb
，v
cc
）按照如下公式（1）进行克拉克坐标变换，获得静止坐标系下的电容电压（v
cα
，v
cβ
）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0022]
由于下文中所有的公式表达均建立在静止坐标系中，为了方便表达，下文中将忽略下标α和β。所述lc滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0023]
其中，li为逆变器侧滤波电感，c为滤波电容，ii为静止坐标系下的逆变器侧电感电流矢量，vi为静止坐标系下的逆变器侧的输出电压基本矢量，如图2所示，输出电压基本矢量共有八个，分别为v0(0,0,0)、v1(1,0,0)、v2(1,1,0)、v3(0,1,0)、v4(0,1,1)、v5(0,0,1)、v6(1,0,1)、v7(1,1,1)，vc为静止坐标系下的电容电压，io为静止坐标系下的负载侧输出电流矢量，t为时间。
[0024]
根据零阶保持方法，预测出的k+1时刻的电容电压的计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0025]
其中，为lc滤波型逆变器的谐振频率，ts为控制周期。
[0026]
将八个输出电压基本矢量代入公式（3）可获得八个预测电容电压，将八个预测电容电压代入如下价值函数：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0027]
其中，g
vi
为输出电压基本矢量vi对应的价值函数值，v
cref
为参考电压，价值函数值越大说明预测准确度越差。
[0028]
进一步地，如图3所示，根据八个输出电压基本矢量合成十二个输出电压虚拟矢量，输出电压虚拟矢量又可以被称为应用矢量，能够在下一个周期用于控制三相开关管的状态，具体地，八个所述输出电压基本矢量通过以下方式合成十二个所述输出电压虚拟矢量：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0029]
其中，其中，v
sj
为合成的输出电压虚拟矢量，j=1，2，
…
，12；vm和vn分别为合成输出电压虚拟矢量中的第一个输出电压基本矢量和第二个输出电压基本矢量；t
1,vm
和t
2,vn
分别为输出电压基本矢量vm和vn的作用时间；ts为控制周期。
[0030]
根据矢量作用时间与其价值函数成反比的原理，对合成输出电压虚拟矢量的输出电压基本矢量的作用时间进行计算，计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0031]
其中，g
vn
和g
vm
分别为输出电压基本矢量vn和vm对应的价值函数值。
[0032]
结合公式（3）、（4）、（5）和（6），便得到了十二个所述输出电压虚拟矢量。
[0033]
但是，发明人研究发现，根据公式（3）和（4）可知，利用上述方式获取的输出电压基本矢量的作用时间会受到系统参数（如逆变器侧滤波电感li，滤波电容c）的影响，当系统参数存在误差时，输出电压基本矢量的作用时间将会产生误差，从而导致较大的预测误差，甚至会影响系统的稳定性。
[0034]
通常为了消除预测控制中的控制延迟，还会对时刻的电容电压进行预测，用公式表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0035]
同理，根据公式（7）可知，预测的时刻的电容电压也会受到系统参数的影响。
[0036]
在一具体实施例中，为了消除预测控制对系统参数的依赖，本发明使用测量电容电压梯度进行预测。在步骤200中，获取电容电压梯度模型，其中，在k时刻采样的电容电压梯度表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0037]
其中，为静止坐标系下时刻的电容电压梯度，为静止坐标系下k时刻的电容电压，为静止坐标系下时刻的电容电压，和可以通过采样获得。
[0038]
在其中一个实施例中，在步骤300中，为了实现电容电压梯度的实时更新，进行如下计算过程：
[0039]
当上一个控制周期应用输出电压虚拟矢量时，采样得到的电容电压梯度可以进一步表达为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0040]
在公式（9）中，通过采样和获得，t
1,vm
和t
2,vn
由上一时刻计算获得，ts为已知的控制周期，而和为未知量。由于式(9)中存在两个未知量，因此需要建立新的方程辅助求解。
[0041]
为了求解和，将公式（3）前推一个控制周期后可以重构为：将公式（3）前推一个控制周期后可以重构为：
[0042]
由于公式（10）中：。因此，当公式（10）中输出电压基本矢量变为输出电压基本矢量时，其对应的电容电压梯度可以表示为：其对应的电容电压梯度可以表示为：
[0043]
同理，当公式（10）中输出电压基本矢量变为输出电压基本矢量时，其对应的电容电压梯度可以表示为：其对应的电容电压梯度可以表示为：
[0044]
将公式（11）和公式（12）相减可以得到：将公式（11）和公式（12）相减可以得到：
[0045]
为了消除参数，可以通过一步递推得到时刻的电容电压梯度关系并表示为：关系并表示为：
[0046]
将公式（13）和公式（14）相除可以得到电容电压梯度和的关系式并表示为：式并表示为：
[0047]
结合公式（9）和公式（15）可以得到输出电压基本矢量和更新后的电容电压梯度：度：
[0048][0048][0049]
其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量vm对应的时刻的电容电压梯度，为
输出电压基本矢量vn对应的时刻的电容电压梯度。
[0050]
为了进一步获得剩余的输出电压基本矢量vy，可以建立输出电压基本矢量与剩余的输出电压基本矢量之间的电容电压梯度关系，更新后的电容电压梯度可以表示为：更新后的电容电压梯度可以表示为：
[0051]
其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量vy对应的时刻的电容电压梯度，为剩余的输出电压基本矢量的电容电压梯度，且y≠m、y≠n。当根据公式（16）获得的值之后，只需将该值代入公式（18），即可求得的值。
[0052]
因此，根据公式（16）、（17）和（18）能够实现在每个控制周期内所有电容电压梯度的实时更新，完全消除了停滞现象，不会出现个别电容电压梯度没有更新的问题。
[0053]
采样及更新获得的电容电压梯度需要与输出电压基本矢量相对应，并被存储在图4所示的显示查找表（lut）中，以用于电容电压的预测。
[0054]
在其中一个实施例中，在步骤s400中，根据获得的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间。
[0055]
具体地，首先根据每个输出电压基本矢量更新后的电容电压梯度对k+1时刻的电容电压进行预测：进行预测：
[0056]
其中，为静止坐标系下时刻的输出电压基本矢量vi对应的电容电压梯度，该数据通过图4中的显示查找表可以获取，而能够通过对时刻的电容电压采样获得。
[0057]
在计算时，将图4中的八个输出电压基本矢量vi所对应的八个电容电压梯度分别代入公式（19），则得到了八个k+1时刻的电容电压的预测值。需要说明的是，这八个预测值准确度不高，因此将其用于计算下一控制周期的输出电压基本矢量的作用时间，在此基础上进行准确度较高的预测计算。
[0058]
具体地，将公式（19）的计算结果与公式（4）以及公式（6）结合，便得到了合成输出电压虚拟矢量的对应的基本矢量的作用时间，由于计算过程中不受系统参数的影响，因此准确度较高。
[0059]
在其中一个实施例中，在步骤s500中，根据时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，计算公式如下：计算公式如下：
[0060]
将预测出的十二个电容电压分别代入如下所示的价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期：
[0061]
其中，为输出电压虚拟矢量对应的价值函数值，v
cref
为参考电压。
[0062]
需要说明的是，公式（19）中的预测结果是通过单矢量的方式预测得到，而公式（20）中的预测结果是通过双矢量的方式预测得到，因此利用公式（20）获得的电容电压的准确度较高。
[0063]
在其中一个实施例中，为了消除预测控制中的控制延迟，根据前述计算原理，进一步对时刻的电容电压进行预测，用公式表示为：用公式表示为：
[0064]
结合说明书附图5和附图6，对本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法的工作过程进行说明。
[0065]
首先，假设输出电压虚拟矢量（即应用矢量）由输出电压基本矢量和合成。输出电压基本矢量和的作用时间t
1,v1
和t
2,v2
根据时刻的信息计算获得，采样获取时刻的电容电压和时刻的电容电压，再结合公式（16）、公式（17）和公式（18），就实现了在时刻对应的周期内所有电容电压梯度的实时更新，更新完成之后，存储在图4中的显示查找表中。
[0066]
然后，利用公式（19）计算得到八个k+1时刻的电容电压的预测值，该预测值准确度不高，只是将其用于计算下一控制周期的输出电压基本矢量的作用时间。
[0067]
进一步地，结合公式（4）以及公式（6），计算得到时刻的合成输出电压虚拟矢量的对应的基本矢量的作用时间，然后结合公式（20），预测时刻的电容电压。由于计算过程中不受系统参数的影响，因此准确度较高。
[0068]
将预测出的十二个电容电压分别代入公式（21）中的价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期，从而在下一个周期中控制三相开关管的状态。
[0069]
由于在获取时刻的电容电压梯度时需要在时刻采样以获取电容电压，因此电容电压梯度的更新是在时刻之后，进而会导致在预测计算结果时存在一定的延迟，为了消除预测控制中的控制延迟，根据前述计算原理，如图5所示，进一步对时刻的电容电压进行预测，从而能够及时获取预测结果，及时对lc滤波型逆变器后续的工作过程进行控制。
[0070]
本发明实施例还提供了一种lc滤波型逆变器预测控制系统，包括输出电压虚拟矢量生成模块、电容电压梯度生成模块、电容电压梯度更新模块、作用时间计算模块和虚拟矢量选择模块。
[0071]
其中，所述输出电压虚拟矢量生成模块用于获取所述lc滤波型逆变器的八个输出电压基本矢量和十二个输出电压虚拟矢量；所述电容电压梯度生成模块用于生成电容电压梯度模型；所述电压梯度更新模块用于重构lc滤波型逆变器的状态空间方程，结合时
刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新；所述作用时间计算模块用于根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；所述虚拟矢量选择模块用于根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。
[0072]
本发明的lc滤波型逆变器预测控制方法及系统，使用测量的电容电压梯度代替传统的预测模型，从而消除了传统预测控制对电流传感器以及系统参数准确性的依赖，提高了参数鲁棒性，根据重构不同电容电压矢量的状态空间方程，在每个控制周期更新了所有的电容电压梯度数据，消除了梯度更新停滞带来的不利影响。本发明可很好地解决传统模型预测控制方法对系统参数依赖强的问题，尤其适用于线路阻抗频繁变化的孤岛微电网系统。
[0073]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，包括：建立lc滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型，根据所述lc滤波型逆变器的三相开关管状态得到其八个输出电压基本矢量，基于八个所述输出电压基本矢量，合成十二个输出电压虚拟矢量；获取电容电压梯度模型，在k时刻采样的电容电压梯度表示为：；其中，为静止坐标系下时刻的电容电压梯度，为静止坐标系下k时刻的电容电压，为静止坐标系下时刻的电容电压；重构lc滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，并存储在显示查找表中；根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。2.根据权利要求1所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，对时刻的电容电压进行预测。3.根据权利要求1所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，所述lc滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型为：；其中，l
i
为逆变器侧滤波电感，c为滤波电容，i
i
为静止坐标系下的逆变器侧的电感电流矢量，v
i
为静止坐标系下的逆变器侧的输出电压基本矢量，v
c
为静止坐标系下的电容电压，i
o
为静止坐标系下的负载侧输出电流矢量，t为时间。4.根据权利要求3所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，八个所述输出电压基本矢量通过以下方式合成十二个所述输出电压虚拟矢量：；其中，其中，v
sj
为合成的输出电压虚拟矢量，j=1，2，
…
，12；v
m
和v
n
分别为合成输出电压虚拟矢量中的第一个输出电压基本矢量和第二个输出电压基本矢量；t
1,vm
和t
2,vn
分别为输出电压基本矢量v
m
和v
n
的作用时间；t
s
为控制周期。5.根据权利要求4所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，每个所述输出电压基本矢量的作用时间的计算公式为：
；其中，g
vn
和g
vm
分别为输出电压基本矢量v
m
和v
n
对应的价值函数值。6.根据权利要求5所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，输出电压基本矢量v
n
和v
m
在k时刻的电容电压梯度分别为：；；其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量v
m
对应的时刻的电容电压梯度，为输出电压基本矢量v
n
对应的时刻的电容电压梯度。7.根据权利要求6所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，剩余的输出电压基本矢量v
y
与输出电压基本矢量v
m
之间的关系为：；其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量v
y
对应的时刻的电容电压梯度，且y≠m、y≠n。8.根据权利要求6所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，所述k+1时刻输出电压虚拟矢量所对应的预测的电容电压为：；其中，为输出电压基本矢量v
m
对应的时刻的电容电压梯度，为输出电压基本矢量v
n
对应的时刻的电容电压梯度。9.根据权利要求7所述的lc滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，所述k+1时刻预测的电容电压的价值函数为：；其中，为输出电压虚拟矢量对应的价值函数值，v
cref
为参考电压。10.一种lc滤波型逆变器预测控制系统，其特征在于，包括：输出电压虚拟矢量生成模块，所述输出电压虚拟矢量生成模块用于获取所述lc滤波型逆变器的八个输出电压基本矢量和十二个输出电压虚拟矢量；
电容电压梯度生成模块，所述电容电压梯度生成模块用于生成电容电压梯度模型；电容电压梯度更新模块，所述电压梯度更新模块用于重构lc滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，并将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，存储在显示查找表中；作用时间计算模块，所述作用时间计算模块用于根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；虚拟矢量选择模块，所述虚拟矢量选择模块用于根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。

技术总结
本发明涉及LC滤波型逆变器控制领域，特别是涉及一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统。本发明的LC滤波型逆变器预测控制方法，先合成十二个输出电压虚拟矢量；接着获取电容电压梯度模型，重构LC滤波型逆变器的状态空间方程，实现时刻的电容电压梯度的实时更新；最终根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。本发明使用测量的电容电压梯度代替传统的预测模型，从而消除了传统预测控制对电流传感器以及系统参数准确性的依赖。准确性的依赖。准确性的依赖。


技术研发人员：胡存刚 尹政 曹文平 孙路 芮涛
受保护的技术使用者：合肥安赛思半导体有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/6