基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略

周汉斌; 杨建; 黄连生; 宋冬然; 陈晓娇; 董密

doi:10.7500/AEPS20221102009

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基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略
- Double-vector Model Predictive Control Strategy of Three-level Inverter Based on Finite State Machine
- 电力系统自动化 2023年47卷第11期页码：155-164
- 作者机构：
  
  1.中南大学自动化学院，湖南省长沙市 410083
  2.中国科学院等离子体物理研究所，安徽省合肥市 230031
- 作者简介：
  
  周汉斌(1997—)，男，博士研究生，主要研究方向：多电平变换器。E-mail：amoszz@csu.edu.cn
  杨建(1978—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电机控制、电力电子。E-mail：jian.yang@csu.edu.cn;
  黄连生(1983—)，男，博士，研究员，博士生导师，主要研究方向：高功率电力电子变换器。E-mail：huangls@ipp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177204);湖南省自然科学基金面上项目(2021JJ30875);中国科学院重大科技基础设施维修改造项目(DSS-WXGZ-2021-0009)
- DOI：10.7500/AEPS20221102009
  中图分类号：
- 收稿：2022-11-02，
  
  修回：2023-02-10，
  
  纸质出版：2023-06-10
- 稿件说明：
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周汉斌,杨建,黄连生等.基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(11):155-164.

ZHOU Hanbin,YANG Jian,HUANG Liansheng,et al.Double-vector Model Predictive Control Strategy of Three-level Inverter Based on Finite State Machine[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):155-164.
周汉斌,杨建,黄连生等.基于有限状态机的三电平逆变器双矢量模型预测控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(11):155-164. DOI： 10.7500/AEPS20221102009.

ZHOU Hanbin,YANG Jian,HUANG Liansheng,et al.Double-vector Model Predictive Control Strategy of Three-level Inverter Based on Finite State Machine[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):155-164. DOI： 10.7500/AEPS20221102009.

摘要

针对三电平逆变器使用有限集模型预测控制策略时，存在电流谐波大、对微控制器运算能力要求高、多目标优化复杂及输出矢量切换受限等问题，提出一种基于有限状态机的双矢量模型预测控制策略。首先，采用有限状态机来描述有限的控制集和受限的矢量切换，并以此作为三电平逆变器运行的基础，从而避免过大的相电压和线电压跳变；然后，提出一种适用于该有限状态机的简化控制集方法，使得候选矢量的数量不超过5个；继而，结合直流侧电容电压平衡控制，确定最优双矢量组合，且无须进行多目标优化；最后，计算双矢量的占空比，进一步降低输出电流的谐波。仿真和实验结果验证了所提策略的良好性能。

Abstract

When the finite control set model predictive control strategy is applied to the three-level inverter

there are several problems such as large current harmonics

high requirement for the microcontroller computing ability

complex multi-objective optimization and limited output vector switching. In this regard

this paper proposes a double-vector model predictive control strategy based on the finite state machine. First

the finite state machine is adopted to describe the finite control set and the restricted vector switching

which is regarded as the basis for the operation of the three-level inverter to avoid excessive phase voltage and line-to-line voltage jumps. Then

a simplified control set method suitable for the finite state machine is proposed

so that the number of candidate vectors does not exceed five. Next

combined with the DC-side capacitor voltage balance control

the optimal double-vector combination is determined

and multi-objective optimization is not required. Finally

the duty cycle of the double vectors is calculated

and the harmonics of the output current are further reduced. Simulation and experimental results verify the good performance of the proposed strategy.

关键词

Keywords

references

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