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高精度有限控制集模型预测控制在三相三电平NPC逆变器中的应用
Enhanced Accuracy Finite-Control-Set Model-Predictive Control for Three-Phase Three-Level NPC Inverter
| 作者 | Xu Zhang · Zhixun Ma · Xinbo Cai · Xiang Wu · Yaofei Han · Guobin Lin |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 三电平 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 有限控制集模型预测控制 开关位置 控制精度 逆变器 实验验证 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种提高精度的有限控制集模型预测控制（FCS - MPC）方法。传统 FCS - MPC 的主要优点是通过统一的代价函数易于实现多目标优化。然而，这种方法存在明显的缺点：开关动作只能在固定位置发生，且可能的开关位置完全由初始开关位置决定。这一方案降低了控制精度。本文提出了一种能够灵活改变开关状态切换位置的 FCS - MPC 方法。该方法不仅提高了逆变器的开关精度，还保留了每个控制周期开关动作不超过一次的特点，因而具备 FCS - MPC 的所有优点。实验验证了所提方法的可行性和优越性。
English Abstract
An enhanced accuracy finite-control-set model-predictive control (FCS-MPC) is presented in this letter. The main advantage of conventional FCS-MPC is its ease in achieving multiobjective optimization through a unified cost function. However, this approach has obvious disadvantages: switching can only occur at fixed positions, and the possible switching positions are solely determined by the initial switching position. This scheme reduces the control accuracy. This letter proposes an FCS-MPC method that can flexibly change the switching position of the switching state. Not only does it improve the switching accuracy of the inverter, but it also retains the feature of switching no more than once per control cycle, thus possessing all the advantages of FCS-MPC. The feasibility and superiority of the proposed method are verified through experiments.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的增强精度有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）技术对我司三电平NPC逆变器产品线具有重要应用价值。作为光伏逆变器和储能变流器的核心控制算法，该技术直接关系到产品的电能质量、效率和可靠性。
传统FCS-MPC虽然能通过统一代价函数实现多目标优化，但其开关动作只能发生在固定位置的局限性，导致控制精度受限，这在大功率应用场景中会影响电流谐波抑制和直流侧电压平衡效果。该论文提出的改进方案通过灵活调整开关位置，在保持每控制周期不超过一次开关动作的前提下，显著提升了控制精度。这对我司产品意义重大：更高的控制精度意味着更低的电流THD、更优的电网适应性和更小的滤波器体积，直接提升产品竞争力。
从技术成熟度评估，该方案已通过实验验证，具备较好的工程化基础。对于阳光电源在1500V大功率光伏逆变器和MW级储能PCS产品中的应用，该技术可有效改善中点电位平衡问题，降低开关损耗，提高系统效率。特别是在储能双向变流应用中，精确的功率控制对电池寿命和系统经济性至关重要。
技术挑战主要在于算法复杂度增加可能对DSP/FPGA的计算能力提出更高要求，需要评估现有硬件平台的适配性。建议我司技术团队深入研究该算法的实时实现方案，结合自主开发的控制平台进行验证测试，探索在新一代SG250HX等旗舰产品中的应用可能性，进一步巩固技术领先优势。