随着多电平变换器在新能源发电、谐波治理、电气传动等领域的推广和应用。多电平变换器的性能指标也受到了越来越多的专家学者的关注。为了满足在高性能、高可靠性、高压大功率等场合的应用,高阶多电平变换器应用而生。然而,随着电平数的升高,需要控制的开关状态也随之增多。这大大增加了多电平变换器的控制难度。本文将以ANPC五电平逆变器为研究对象,以优化控制策略为着重点进行理论分析和实验验证。1.论文首先阐述的是一些多电平变换器的发展史以及它们的一些背景及意义。分析了一些常见多电平变换器的拓扑结构和工作原理,分别指出了这些变换器所存在的优缺点。接着简要的介绍了近几年来,模型预测控制算法在多电平变换器中的研究现状。2.以ANPC五电平逆变器为例,介绍了五电平逆变器拓扑的工作原理,分析了各种开关状态对逆变器中性点电位、悬浮电容电压的影响。通过对逆变器拓扑的分析,给出了一种传统的ANPC五电平逆变器预测控制算法。然而这种控制算法却存在着诸多的问题,比如,五电平的开关状态较多所带来的计算负担较大,多个权重因子使得控制目标间的耦合性较强等。3.针对传统控制算法在控制ANPC五电平逆变器过程中存在的问题,提出了一种改进型的预测控制算法。该算法运用矢量分区的方法将原本参与计算的512个开关状态减少到31个,极大的缩短了模型预测算法的运算时间。传统算法在应对五电平变换器的中性点电位和悬浮电容电压两个控制目标时,一般采用两个权重因子分别对两种电压进行平衡约束。本文提出的改进型算法在应对中性点电位和悬浮电容电压平衡的问题时,采用分步平衡的思想。首先通过判断悬浮电容电压与它的参考电压之间的关系,筛选出满足条件的开关矢量。然后再将这些满足条件的开关矢量带入到价值函数中进行滚动优化,选出最优解。因此,在整个价值函数中,只需要一个权重因子对中性点电位进行约束,这也避免了两种电压平衡间的干扰。大大提高了计算的效率和系统的稳定性。