福州大学科研人员提出T型三电平并网逆变器的优化模型预测控制策略

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T型三电平逆变器具有电流通路器件数量少、导通损耗小、不需要钳位二极管等优点，被广泛应用于可再生能源系统和电机驱动。尽管T型三电平逆变器具有很多优势，但是如果中性点电压（neutral-point voltage, NP-V）没有得到有效控制，将直接导致逆变器工作性能降低。

模型预测控制（model predictive control, MPC）与传统的线性控制方法不同，可以解耦相互依赖的控制回路，从而提高系统的动态响应。模型预测控制在T型三电平并网逆变器的应用中，通常需要设计双目标代价函数，其中一项用于调节中性点电压波动，另外一项用于实现电流跟踪。由于代价函数中权重因子的值直接影响模型预测控制对逆变器的控制性能，所以需要对权重因子进行精确调节，导致费时且困难。

有学者提出离散空间向量与模型预测控制结合的方案，该算法无需查找表即可计算出参考电压矢量，但是需要设计一个代价函数来平衡直流母线电容电压。此外，传统模型预测控制策略是建立在精确被控对象数学模型的基础上，但在大多数情况下，被控对象的部分数学模型是未知的或不准确的，从而降低了模型预测控制的控制效果。有学者通过线性外推和基于雅克比迭代的电感在线辨识方案，提高预测模型的精度。

福建省新能源发电与电能变换重点实验室（福州大学）的陈隆、周扬忠，在2022年第11期《电气技术》上撰文指出，T型三电平并网逆变器直流侧电容中性点电压的漂移直接影响并网性能，逆变器并网系统参数的时变及未建模直接影响传统模型预测控制精度。为此，他们以T型三电平并网逆变器为研究对象，提出一种基于虚拟矢量的改进型模型预测控制策略。

图1 改进型模型预测控制策略控制框图

研究人员通过构造不影响中性点电压的虚拟中矢量、虚拟补充矢量参与模型预测控制的控制矢量集，以克服传统模型预测控制在调制比较高时中性点电压不平衡的缺点；建立电流跟踪单目标代价函数，无需整定权重因子；根据直流母线电容状态优选小矢量，进一步控制中性点电压平衡；提出一种扩张状态观测器（ESO）观测逆变器并网系统未建模部分，并把观测结果补偿到并网参考电压上。

图2 T型三电平逆变器实验平台

他们表示，实验结果表明，优化的模型预测控制策略消除了中性点电压低频振荡，其逆变器输出电流总谐波畸变率（THD）低于传统模型预测控制策略。该控制策略不仅可以简化代价函数设计，还可以提高并网逆变器系统性能。

本文编自2022年第11期《电气技术》，论文标题为“一种基于虚拟矢量的T型三电平并网逆变器改进型模型预测控制策略”，作者为陈隆、周扬忠。

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