- 頭條同濟大學科研人員提出T型三電平整流器定頻控制的新方法2022-10-19 作者：許嘉杰、李銳華、胡波 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語同濟大學電子與信息工程學院的研究人員許嘉杰、李銳華、胡波，在2022年第6期《電氣技術》上撰文，提出一種基于快速矢量選擇的三矢量定頻模型預測控制算法（fast vector selection-three vector-model predictive control, FVS-3V-MPC），利用無差拍的思想將電流跟蹤轉化為電壓跟蹤，剔除遠離參考電壓矢量和對中點電位平衡調整不利的電壓矢量，并根據參考電壓矢量確定控制周期內的開關矢量。在此基礎上，利用電壓跟蹤代價函數得到開關矢量的作用時間，最終根據切換順滑原則得到開關序列，最后進行仿真研究。
隨著能源危機和環境污染形勢的日益嚴峻，新能源技術得到廣泛重視和快速發展。儲能系統在新能源利用中起到重要作用，其中儲能變流器是儲能系統的核心環節，三電平中點鉗位拓撲因其結構簡單、器件電壓應力低、輸出電壓和電流質量高的優點得到廣泛應用，但是在低電壓場合仍然存在轉換效率較低和開關器件較多的問題。
而T型三電平整流器可以有效減少開關管數量，能夠在低電壓大電流應用場景下獲得良好的動靜態性能，并且具有更高的轉換效率，因此在儲能系統中具有良好的應用價值。
針對T型三電平整流器，模型預測控制（model predictive control, MPC）作為一種先進的控制策略，能夠取代傳統比例積分（PI）控制，消除換流器帶來的非線性影響，有效解決控制器設計復雜、系統超調等問題。
其中，有限集模型預測控制（finite control set-model predictive control, FCS-MPC）具有動態響應快且能實現多目標優化等優點，因此在T型三電平整流器控制中具有良好的應用潛力。傳統FCS-MPC中，在一個控制周期內通常采用單一電壓矢量控制，這會帶來開關頻率不固定的問題，最終導致直流側電壓和傳輸功率的波動。
為了解決T型三電平整流器中點電位不平衡問題，雖然模型預測控制在提高T型三電平整流器的控制性能方面具有一定的優勢和潛力，但在實際應用中仍然存在開關頻率不固定、計算量過大等挑戰，嚴重影響了T型三電平整流器控制的效果。
針對以上問題，同濟大學電子與信息工程學院的研究人員許嘉杰、李銳華、胡波，在2022年第6期《電氣技術》上撰文，提出一種基于快速矢量選擇的三矢量定頻模型預測控制算法（fast vector selection-three vector-model predictive control, FVS-3V-MPC），利用無差拍的思想將電流跟蹤轉化為電壓跟蹤，剔除遠離參考電壓矢量和對中點電位平衡調整不利的電壓矢量，并根據參考電壓矢量確定控制周期內的開關矢量。在此基礎上，利用電壓跟蹤代價函數得到開關矢量的作用時間，最終根據切換順滑原則得到開關序列，最后進行仿真研究。
圖1 FVS-3V-MPC系統控制框圖
他們表示，針對計算量大的問題，該控制策略通過無差拍的思想預測交流側參考電壓矢量，將滾動優化過程中電壓矢量的預測次數從27減小到3，實現了矢量的快速預測。針對T型三電平整流器中點電位不平衡的問題，利用冗余小矢量進行控制，避免了傳統模型預測控制中對權重因子整定困難的問題。此外，針對開關頻率不固定帶來的電壓和功率波動問題，通過三矢量合成實現定頻控制。
研究人員指出，仿真結果表明，與傳統有限集模型預測控制相比，該方法在固定開關頻率的基礎上，能夠大大減小計算量，實現固定開關頻率，有效改善系統中點電位不平衡問題，從而減小功率和電壓脈動，獲得良好的控制性能。
本文編自2022年第6期《電氣技術》，論文標題為“基于三矢量模型預測控制的T型三電平整流器定頻控制策略”，作者為許嘉杰、李銳華 等。本課題得到教育部2021年產學合作協同育人項目的支持。
