三电平三相逆变器快速有限控制集模型预测控制方法

第２０卷　第８期

２０１６年８月

　电　机　与　控　制　学　报Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖｏｌ畅２０Ｎｏ畅８Ａｕｇ．２０１６

杨勇１，　樊明迪１，　谢门喜１，　汪义旺２

（１．苏州大学城市轨道交通学院，江苏苏州２１５１３７；２．上海交通大学电子与电气工程学院，上海２００２４０）

摘　要：针对有限控制集模型预测控制方法在多电平多相逆变器中预测模型和目标函数在线计算量大的不足，提出一种快速有限控制集模型预测控制方法。该方法根据参考矢量的空间位置，让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型在线计算和目标函数在线评估。对于三电平三相逆变器，快速有限控制集模型预测控制方法使参与计算的电压矢量由２７个减少到１２个，大大提高计算效率。最后，建立起５ｋＷ二极管钳位型三电平三相逆变器实验平台。对于传统有限控制集模型预测控制和快速有限控制集模型预测控制进行对比稳态和动态实验。实验结果表明：所提出快速有限控制集模型预测控制方法使系统具有良好的静、动态性能。

关键词：预测模型；目标函数；快速有限控制集模型预测控制；二极管钳位型三电平三相逆变器ＤＯＩ：１０．１５９３８／ｊ．ｅｍｃ．２０１６．０８．０１１

中图分类号：ＴＭ７２１文献标志码：Ａ文章编号：１００７－４４９Ｘ（２０１６）０８－００８３－０９

收稿日期：２０１５－１０－１２

基金项目：国家自然科学青年基金（５１４０７１２４）；中国博士后科学基金（２０１５Ｍ５８１８５７）；江苏省高校自然科学基金（１５ＫＪＤ４７０００５）作者简介：杨　勇（１９８１—）男，博士，讲师，研究方向为光伏发电与电力电子变换器；

樊明迪（１９８７—），男，博士，讲师，研究方向为电机及其控制；

谢门喜（１９８３—），男，博士研究生，研究方向为锁相环技术；

汪义旺（１９８１—），男，博士研究生，讲师，研究方向为电力电子变换器。

通信作者：樊明迪Ｆａｓｔｆｉｎｉｔｅｃｏｎｔｒｏｌｓｅｔｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒｓ

ＹＡＮＧＹｏｎｇ１，　ＦＡＮＭｉｎｇ－ｄｉ１，　ＸＩＥＭｅｎ－ｘｉ１，　ＷＡＮＧＹｉ－ｗａｎｇ２

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＵｒｂａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５１３７，Ｃｈｉｎａ；

２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｌａｒｇｅｏｎｌｉｎｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎｗｈｅｎｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｃｏｎｔｒｏｌｓｅｔｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ（ＦＣＳ－ＭＰＣ）ｉｎａｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｆａｓｔＦＣＳ－ＭＰＣｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｓｆａｒａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖｅｃｔｏｒｄｉｄｎｏｔｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｉｎｏｎｌｉｎｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＦＣＳ－ＭＰＣｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｍａｄｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖｏｌｔａｇｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｆｒｏｍ２７ｔｏ１２ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ａｔｌａｓｔ，ａｄｉｏｄｅ－ｃｌａｍｐｅｄｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｒａｔｅｄａｔ５ｋＷｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｆｏｒｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＦＣＳ－ＭＰＣｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｆａｓｔＦＣＳ－ＭＰＣｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆａｓｔＦＣＳ－ＭＰＣａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓｇｏｏｄｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｍｏｄｅｌ；ｃｏｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｆａｓｔｆｉｎｉｔｅｃｏｎｔｒｏｌｓｅｔｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｉｏｄｅ－ｃｌａｍｐｅｄｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒ