4)根據(jù)a0坐標系下的三相電壓、電流，通過預(yù)測電流和電壓公式得到27個開 關(guān)狀態(tài)下三電平并網(wǎng)逆變器的電流和電壓預(yù)測值；
[0097] (5)價值函數(shù)初始化；
[0098] (6)循環(huán)判斷；
[0099] (7)計算價值函數(shù)值；
[0100] (8)將價值函數(shù)與初始化值進行比較，選擇使目標函數(shù)最小的開關(guān)狀態(tài)；
[0101] (9)應(yīng)用新的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動三電平逆變器系統(tǒng)。
[0102] 圖1為本發(fā)明的T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器示意圖，如圖所示，TAi，TBi，TCi，（i =1，2, 3, 4)共12個開關(guān)器件構(gòu)成了該電路的拓撲結(jié)構(gòu)，該電路利用反向串聯(lián)的兩個開關(guān) 器件將輸出端與中點相連接，實現(xiàn)中點箝位功能。CdPC2是直流側(cè)的分壓電容，分壓電容 之間的〇點為零電位參考點。P是母線正極，N是母線負極。R、L表示負載，e表示電網(wǎng)。
[0103] 圖2為逆變器A相在三相靜止坐標系下的模型框圖，B、C相與A相相同。
[0104] 圖3為本發(fā)明的三電平逆變器空間電壓矢量圖，三電平會產(chǎn)生33= 27個電壓矢 量，而實際作用中是有19種開關(guān)電壓矢量。以三電平逆變器三相中的A相為例，改變A相 四個開關(guān)器件的通斷，可獲得三種不同的輸出電壓L)，對應(yīng)（+，〇，_)或者 22 (P，0，N)三種開關(guān)狀態(tài)。在控制過程中，選擇使價值函數(shù)最小的開關(guān)狀態(tài)，作為驅(qū)動信號作 用于逆變器。
[0105] 圖4為本發(fā)明的基于李雅普諾夫函數(shù)的有限集模型預(yù)測控制原理框圖，逆變器產(chǎn) 生的27種開關(guān)狀態(tài)通過如下公式來預(yù)測負載電流未來的值。
[0106]
[0107] 為此，要測量當(dāng)前時刻的負載電流。獲得預(yù)測值后，通過基于李雅普諾夫函數(shù)的 有限集模型預(yù)測控制器進行控制，包括對預(yù)測信號及參考信號的處理計算，再對價值函數(shù)g 進行循環(huán)優(yōu)化，估計每一個開關(guān)狀態(tài)。最終選擇使價值函數(shù)g最小的開關(guān)狀態(tài)用于下一個 采樣周期。在圖中，基于李雅普諾夫函數(shù)的有限集模型預(yù)測控制器利用檢測的負載電流及 估計的反電動勢和未來參考電流矢量產(chǎn)生控制律f(々+l)。因此，控制器模塊僅僅通過一 個計算就可以預(yù)測未來參考電流矢量大大降低了計算時間。
[0108] 圖5為本發(fā)明方法中的控制流程圖，該控制法由DSP處理器實現(xiàn)，可由MATLAB/ Simulink7. 0進行仿真。在預(yù)測控制中，采樣周期STs= 100us，或者使采樣頻率為10KHZ。 在圖5所示流程圖中，首先采樣所需的當(dāng)前電流信號，然后通過算法估計負載狀態(tài)，初始化 g%的值，g是到目前估計的最小的值。然后控制策略進入下一個循環(huán)，對于給定的開關(guān)狀 態(tài)，如果價值函數(shù)g小于g()p，則較小的值被儲存為g%，并且開關(guān)狀態(tài)儲存為t。循環(huán)結(jié)束 時，對27個開關(guān)狀態(tài)都進行了評估。
[0109] 圖6為本發(fā)明的光伏并網(wǎng)逆變器預(yù)測控制的硬件電路框圖，光伏電池板的原始電 能通過逆變器，輸出三電平電壓，再經(jīng)過濾波處理，與電網(wǎng)并網(wǎng)。為了保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度， 本發(fā)明采用基于李雅普諾夫函數(shù)的有限集模型預(yù)測控制方法，形成閉環(huán)回路，對并網(wǎng)電流 進行控制。
[0110] 圖7為本發(fā)明的UV相電流檢測電路，經(jīng)過精密運算放大器，對電流進行采樣和放 大之后，為DSP提供測量的負載電流信號。
[0111] 圖8(a)、（b)、（c)為本發(fā)明的DSP外圍電路。外圍電路主要包括接口配置、復(fù)位 電路、ADC模塊的設(shè)置和時鐘電路。用阻容電路產(chǎn)生上電復(fù)位，電源芯片的輸入為5V，輸出 為1. 9V和3. 3V電源為DSP供電，輸出電源分別有兩個復(fù)位信號，當(dāng)電源不穩(wěn)定或過低時， 會產(chǎn)生復(fù)位信號。圖9(a)、（b)、（c)為DSP的管腳保護電路。
[0112] 圖10為本發(fā)明的開關(guān)電源電路。直流高壓端加到高頻脈沖變壓器初級端，開關(guān)器 件串聯(lián)在變壓器另一個初級端。開關(guān)器件周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷，使初級直流電壓轉(zhuǎn)換成一 定周期的矩形波，再由脈沖變壓器耦合到次級，濾波后得到相應(yīng)的直流低壓輸出電壓。該電 路采用UC28C45芯片，通過變壓器線圈感應(yīng)出多組電壓源，向主控板、驅(qū)動電路等提供低壓 電源。
[0113] 圖11(a)、（b)、（c)為本發(fā)明的隔離驅(qū)動電路，即電流檢測保護電路。驅(qū)動電路 是將主控電路中的12個PWM信號，經(jīng)過光電隔離和放大之后，為逆變電路的換流器件提供 驅(qū)動信號。本發(fā)明的隔離驅(qū)動電路由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成。 7800A光耦的放大系數(shù)為8。
[0114] 可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本 發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進行 修改或等同替換，以達到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. T型三電平逆變器有限集模型預(yù)測控制方法，其特征在于包括以下步驟：使逆變器 三相輸出通過電阻電感負載與電網(wǎng)并網(wǎng)，滿足如下方程：(1) 式中：R和L分別是電阻和電感負載；u是逆變器產(chǎn)生的電壓矢量，e是電網(wǎng)電壓矢量， i是負載電流矢量；式中ua (t)，up⑴是電壓空間矢量的實部和虛部；UaN，ubN，Uc;N 分別是逆變器三相輸出a，b，c與N之間的相電壓； 逆變器輸出相電壓UfU^，ueN經(jīng)過Clark變換，由abc三相靜止坐標系變換到a 0兩 項靜止坐標系下，變換公式如下：(3) 在一個采樣周期1內(nèi)，電流的變化率為：(4) 離散時間下電流的衷伏式：(5) 該式用于獲取未來k+l時刻的負載預(yù)測值，涉及到逆變器在第k個采樣時刻的電壓矢 量和電流矢量； 綜合有限集中實際電壓選擇的穩(wěn)定性，三電平逆變器的19個固定電壓矢量作為控制 輸入；上面集合中的電壓矢量，由連續(xù)電壓矢量和量化誤差矢量表示為：式中^a+1)是連續(xù)電壓輸入矢量，s (k+1)是量化誤差矢量；在離散時間域中未來 電流的控制誤差為：式中：i#(k+l)是下一時刻參考負載電流矢量； 公式（5)的解是指數(shù)穩(wěn)定的條件，存在一個輸入v e U使得且存在一個連續(xù)的函 數(shù)i萌足以下不等式：式中：(31，(：2，(33和。 4是正常量，1彡1，（^$"是一個控制正不變集，1^(7是一個緊致 集； 考慮負載電流的動態(tài)方程滿足下面基于李雅普諾夫函數(shù)的FCS-PC控制律(10) 式中(幻是反電動勢估測矢量；閉環(huán)系統(tǒng)（5)在上式控制律下在下面的緊致集中是 指數(shù)穩(wěn)定的：(11) 式中：常數(shù)巾和e分別是量化誤差矢量和反電動勢矢量的估測誤差的上限； 離散的正的李雅普諾夫函數(shù)為： (12) 使用（8)式，李雅普諾夫函數(shù)的變化率表示為：設(shè)反電動勢的估計誤差矢量有界& II# + i) _ #)11. 9 電壓矢量V(k+1)被限定在有限集合中，負載電流i(k)是有界的，電流控制誤差是有界 的，即:r(A)e「c=〃，其中r是一個電壓矢量和有界的參考電流矢量有限集合的緊致集， 在公式（10)中，i (k)，r(k+i)，辦：)都是有界量，i^+1)是有界的；對于所有的:T⑷e r， 存在一個常量巾>〇滿足11 s (k+i) 11 <巾；通過采用控制律，李雅普諾夫函數(shù)的變化率 為：(14) 公才由的不笙才端B.(15) 閉環(huán)系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定，不等式（14)改寫為：(16) 隨著時間增加，在緊致集中電流控制誤差范圍是： - -- (17) 未來參考和未來反電動勢矢量的估計：基于公式（10)，未來輸出電壓矢量通過測量當(dāng) 前負載電流i(k)及估測未來參考電流和反電動勢矢量獲得，未來參考電流矢量通過拉格 朗日外推法得到：(18) 在一個足夠小的采樣時間同時保存計算量，認為i#(k+l) ~ i#(k)，使電流跟蹤有一 個采樣周期的延時，當(dāng)參考電流恒定或采樣頻率很高時，忽略延時；對未來負載反電動勢 e(k+l)進行估計；模擬未來參考電流情況的值，認為有e(k+l) ~ e(k);反電動勢當(dāng)前和過 去的估計值由公式（10)對時間和負載測暈電流的反向推移得到：(19) 控制律（10)用于獲取未來參考電壓矢量fM + i)，為在含有19個未來電壓矢量的有 限集中選擇一個電壓矢量，將（10)應(yīng)用于T型逆變器，在下一采樣時刻的負載電流會跟蹤 未來參考電流；定義價值函數(shù)為：(20) 通過優(yōu)化價值函數(shù)，選擇最