模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及系统
阅读说明：本技术 模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及系统 (Modular medium-voltage waveform generator loss balance control method and system ) 是由 岳雨霏 杨禧 金家兴 唐欣 贾奥祺 王世能 马铃翔 李迎奥 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及系统,将模块化中压波形发生器的每个桥臂作为控制目标,通过建立包含输入、输出、内部控制变量的模型预测控制评估函数,以跟踪性能最优为控制目标,选取每个桥臂的最优电平数；针对一个桥臂中的每个全桥子模块,在配置开关信号时,以子模块的左桥臂和右桥臂动作次数均等为目标,均衡配置功率开关器件的开关状态,以实现在保证满足输入电流、输出电流、内部环流准确跟踪和子模块电容电压平衡控制的前提下,实现模块化中压波形发生器内部损耗均衡分布的效果,提高模块化中压波形发生器的运行可靠性。(The invention discloses a loss balance control method and a system for a modular medium-voltage waveform generator.A model predictive control evaluation function comprising input, output and internal control variables is established by taking each bridge arm of the modular medium-voltage waveform generator as a control target, the optimal tracking performance is taken as the control target, and the optimal level number of each bridge arm is selected; aiming at each full-bridge submodule in one bridge arm, when a switching signal is configured, the switching state of a power switching device is configured in a balanced manner by taking the equal action times of a left bridge arm and a right bridge arm of the submodule as a target, so that the effect of balanced distribution of internal loss of the modular medium-voltage waveform generator is realized on the premise of ensuring that the requirements of input current, output current, accurate tracking of internal circulation and submodule capacitor voltage balance control are met, and the operation reliability of the modular medium-voltage waveform generator is improved.)
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，特别是一种模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及系统。
背景技术
模块化中压波形发生器能产生特定的正弦波、各次谐波、三角波、方波、电压跌落、电压骤升等各类电能信号，并具有对新能源微网阻抗进行测量、组建电网模拟平台、提供船舶岸电供电电源等功能，广泛应用于工业生产领域。模块化中压波形发生器采用模块化多电平结构，提高装置冗余度、输出电能质量和功率等级，子模块采用全桥结构，可实现直交或交交电能变换。现有文献针对这种结构所产生的电压纹波、能量不平衡、输出电流谐波抑制等问题提出了相关解决方法，但这些方法仅提高了某一运行特性，难以对上述性能进行权衡控制；同时，已有研究在分配子模块开关信号时未考虑子模块内部损耗均衡问题，导致部分子模块中某些开关器件长时间动作而增大了器件的损耗，影响子模块运行可靠性。因此，亟需研究一种能够权衡模块化中压波形发生器输入、输出和内部运行性能的控制方法，同时保证全桥子模块功率开关器件的开关动作次数基本均等，实现子模块内部损耗的均衡控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法及系统，保证全桥子模块功率开关器件的开关动作次数基本均等，实现子模块内部损耗的均衡控制。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种模块化中压波形发生器损耗均衡控制方法，包括以下步骤：
针对模块化中压波形发生器桥臂中投入的子模块，定义子模块动作标志位Flagij，当Flagij＝1时，表示子模块左桥臂在第k个周期已发生开关动作，若Flagij＝0时，表示子模块右桥臂在第k个周期已发生开关动作；
当子模块在第k+1个周期的开关状态需要增加1时，根据公式Hij(k+1)＝Hij(k)+1确定第k+1个周期的开关状态Hij(k+1)：根据公式Lij(k+1)＝Lij(k)+1确定左桥臂在第k+1个周期的开关信号Lij(k+1)，根据公式Rij(k+1)＝Rij(k)确定右桥臂在第k+1个周期的开关信号Rij(k+1)；完成开关动作设置后，设置Flagij＝1，则第k+1个周期中，子模块左桥臂的开关信号已发生变化，在第k+2个周期内优先改变右桥臂的开关信号；
当子模块在k+1周期的开关状态需要减少1时，根据公式Hij(k+1)＝Hij(k)-1确定第k+1个周期的开关状态Hij(k+1)：根据公式Lij(k+1)＝Lij(k)-1确定左桥臂在第k+1个周期的开关信号Lij(k+1)，根据公式Rij(k+1)＝Rij(k)+1确定右桥臂在第k+1个周期的开关信号Rij(k+1)；完成开关动作设置后，设置Flagij＝0，表示第k+1个周期中，子模块右桥臂的开关信号已发生变化，在第k+2个周期内优先改变左桥臂的开关信号；
依此类推；
所述开关状态即每个全桥子模块的电平数，所述左桥臂和右桥臂的开关信号为左桥臂和右桥臂的输出电平。
本发明的方法能够保证每个全桥子模块的左桥臂开关动作次数与右桥臂开关动作次数基本均等，保证了左桥臂功率损耗和右桥臂功率损耗基本均等，提高了全桥子模块内部的热均衡分布，提高了模块化中压波形发生器的运行可靠性。
所述模块化中压波形发生器桥臂中投入的子模块的确定方法包括：
针对每个桥臂，将该桥臂所有全桥子模块电容电压udcij(k)进行升序排序，获得升序序列Linc＝{L[1],L[2],..L[N]}，其中，L[1]＝1，L[2]＝2，...L[N]＝N；根据公式ΔQj(k+1)＝Qopt_j(k+1)-Qj(k)确定第k+1个周期相对于第k个周期桥臂电平数的变化量ΔQj(k+1)；采集第k+1个周期的桥臂电流ij(k+1)；根据桥臂电平数的变化量ΔQj(k+1)、桥臂电流ij(k+1)的充放电状态，确定开关状态发生动作的全桥子模块：当ΔQj(k+1)＝1时，若ij(k+1)为充电状态，则从序列Linc中按照L[1],L[2],..的顺序选择开关状态不为1的首个全桥子模块，将其开关状态增加1；若ij(k+1)为放电状态，则从序列Linc中按照L[N],L[N-1],..的顺序选择开关状态不为1的首个全桥子模块，将其开关状态增加1；当ΔQj(k+1)＝-1时，若ij(k+1)为充电状态，则从序列Linc中按照L[N],L[N-1],..的顺序选择开关状态不为-1的首个全桥子模块，将其开关状态减少1；当ΔQj(k+1)＝-1时，若ij(k+1)为放电状态，则从序列Linc中按照L[1],L[2],..的顺序选择开关状态不为-1的首个全桥子模块，将其开关状态减少1；其中，Qopt_j(k+1)、Qj(k)分别为第k+1个周期、第k个周期的桥臂电压的最优电平数。
相比传统模型预测控制方法，本发明在每个控制周期内，针对每个桥臂，只需要改变一个全桥子模块的电平数，而不需要改变桥臂内所有全桥子模块的电平数，简化了模型预测控制方法的运算量，提高了模块化中压波形发生器的控制稳定性。
第k+1个周期的桥臂电压的最优电平数Qopt_j(k+1)、Qj(k)的计算过程包括：
A)定义当前控制周期为第k个周期，下一个控制周期为第k+1个周期，模块化中压波形发生器在第k个周期内四个桥臂的桥臂电流为ij(k)，提取第k个周期的模块化中压波形发生器的输入电流is(k)、输出电流i o(k)、内部环流iz(k)，其中，j代表任一桥臂，j＝1,2,3,4；
B)根据第k个周期的的输入电流is(k)、输出电流i o(k)、内部环流iz(k)，结合第k个周期的交流输入电压us(k)、四个桥臂在第k+1个周期的桥臂电压预测值uj(k+1)，确定第k+1个周期的输入电流预测值is(k+1)、输出电流预测值io(k+1)、内部环流预测值iz(k+1)；其中，is(k)＝i1(k)+i3(k)；io(k)＝i1(k)-i2(k)；iz(k)＝0.5×[(i1(k)+i2(k))-(i3(k)+i4(k))[；
C)根据交流电压输入需求和交流电压输出需求，建立包含第k+1个周期的输入电流预测值is(k+1)、输出电流预测值io(k+1)、内部环流预测值iz(k+1)、第k个周期所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)的模型预测控制的评估函数J；
D)以保证模型预测控制评估函数J最小化为选取原则，确定第k+1个周期四个桥臂电压的最优电平数Qopt_j(k+1)。
本发明的方法提高了对模块化中压波形发生器的输入电流、输出电流、内部环流的跟踪性能，同时提高了所有子模块电容电压的平衡控制性能，提高了模块化中压波形发生器的运行稳定性。
步骤B)中， T表示控制周期，L表示桥臂电感值，R表示桥臂寄生电阻值；uj(k+1)＝Qj(k+1)·udc_ave(k)。
上述步骤提高了模型预测控制方法的预测精准度，提高模块化中压波形发生器的控制稳定性。
步骤B)中，模型预测控制的评估函数J的表达式为：其中，为输入电流参考值，为输出电流参考值，为内部环流参考值，为全桥子模块电容电压参考值，λ1为输入电流性能评估的权重因子，λ2为输出电流性能评估的权重因子，λ3为内部环流性能评估的权重因子，λ4为全桥子模块电容电压性能评估的权重因子。
上述步骤能够同时保证模块化中压波形发生器的输入电流、输出电流、内部环流的跟踪性能，且保证了所有全桥子模块电容电压的平衡控制，提高了模块化中压波形发生器内部能量稳定性。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种模块化中压波形发生器损耗均衡控制系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行本发明上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1)本发明基于模型预测控制方法，提出一种全桥子模块内部损耗损耗均衡控制方法，保证了子模块内部功率开关器件的开关动作次数基本一致，实现了子模块内部损耗的均衡，提高了模块化中压波形发生器的运行可靠性；
2)本发明同时考虑输入电流、输出电流、内部环流、子模块电容电压控制性能，对模块化中压波形发生器的输入、输出和内部运行性能同时进行权衡控制，实现了多目标优化控制效果，提高了模块化中压波形发生器的运行稳定性；
3)本发明解决了现有方法中仅考虑单一目标优化、未考虑子模块内部热平衡分布影响模块化中压波形发生器运行稳定性和可靠性的问题。
附图说明
图1是用于本发明模块化中压波形发生器拓扑结构图；
图2是本发明一实施例模块化中压波形发生器全桥子模块的电路原理图；
图3是本发明一实施例模块化中压波形发生器损耗均衡模型预测控制方法流程框图；
图4是本发明一实施例基于内部损耗均衡控制的全桥子模块开关信号配置方法流程图；
图5(a)是本发明一实施例基于损耗均衡模型预测控制方法的模块化中压波形发生器输出电流仿真波形图，图5(b)是本发明一实施例基于传统PI控制的模块化中压波形发生器输出电流仿真波形图，图5(c)是本发明一实施例基于传统模型预测控制的模块化中压波形发生器输出电流仿真波形图；
图6(a)是本发明一实施例第一个桥臂中的某个全桥子模块的左桥臂开关信号，图6(b)是本发明一实施例第一个桥臂中的某个全桥子模块的右桥臂开关信号。
具体实施方式
本发明实施例包括以下步骤：
步骤1、定义本控制周期为k周期，下一个控制周期为k+1周期，借助模块化中压波形发生器在k周期内四个桥臂的桥臂电流ij(k)，提取k周期的输入电流is(k)、输出电流io(k)、内部环流iz(k)，其中，j代表任一桥臂，j＝1,2,3,4，k代表任意时刻，k＝0,1,2,..；
步骤2、根据提取的k周期的输入电流is(k)、输出电流io(k)、内部环流iz(k)，结合k周期的交流输入电压us(k)、四个桥臂在k+1周期的桥臂电压预测值uj(k+1)，确定k+1周期的输入电流预测值is(k+1)、输出电流预测值io(k+1)、内部环流预测值iz(k+1)；
步骤3、根据交流电压输入需求和交流电压输出需求，建立包含k+1周期的输入电流预测值is(k+1)、输出电流预测值io(k+1)、内部环流预测值iz(k+1)、k周期所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)的模型预测控制的评估函数J；
步骤4、以保证模型预测控制评估函数J最小化为选取原则，确定k+1周期四个桥臂电压的最优电平数Qopt_j(k+1)；
步骤5、根据k+1周期四个桥臂电压的最优电平数Qopt_j(k+1)，结合四个桥臂的桥臂电流，确定每个桥臂中投入的全桥子模块；
步骤6、针对每个桥臂，根据投入的全桥子模块，对子模块的左、右两个桥臂的投入情况进行均衡控制，结合子模块开关信号，确定需要动作的功率开关器件。
作为优选的是，步骤1包括：
1)通过电流传感器采集k周期的四个桥臂的桥臂电流i1(k)、i2(k)、i3(k)、i4(k)；
2)根据公式(1)确定k周期的输入电流is(k)：
is(k)＝i1(k)+i3(k) (1)
3)根据公式(2)确定k周期的输入电流io(k)：
io(k)＝i1(k)-i2(k) (2)
4)根据公式(3)确定k周期的输入电流iz(k)：
iz(k)＝0.5×[(i1(k)+i2(k))-(i3(k)+i4(k))] (3)。
作为优选的是，步骤2包括：
1)通过电压传感器采集k周期的交流输入电压us(k)；
2)通过控制器采集四个桥臂在k周期中的桥臂电平数Qj(k)；
3)确定四个桥臂在k+1周期的电平数预测值的集合Qj(k+1)＝{Qj(k)，Qj(k)-1，Qj(k)+1}；
4)通过电压传感器采集所有全桥子模块在k周期的电容电压udcij(k)，根据公式(4)确定k周期所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)：
其中，i＝1～N，N为每个桥臂的全桥子模块数。
5)结合所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)和四个桥臂在k+1周期的电平数预测值的集合Qj(k+1)，根据公式(5)确定k+1周期的桥臂电压预测值uj(k+1)：
uj(k+1)＝Qj(k+1)·udc_ave(k) (5)
6)根据公式(6)确定k+1周期的输入电流预测值is(k+1)：
其中，T表示控制周期，L表示桥臂电感值，R表示桥臂寄生电阻值。
7)根据公式(7)确定k+1周期的输出电流预测值io(k+1)：
其中，Lo表示交流输出侧电感值，Ro表示交流输出侧电阻值。
8)根据公式(8)确定k+1周期的内部环流预测值iz(k+1)：
作为优选的是，步骤3根据k+1周期的输入电流预测值is(k+1)、输出电流预测值io(k+1)、内部环流预测值iz(k+1)、k周期所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)，建立如公式(9)所示的模型预测控制的评估函数J：
其中，为输入电流参考值，为输出电流参考值，为内部环流参考值，为全桥子模块电容电压参考值，λ1为输入电流性能评估的权重因子，λ2为输出电流性能评估的权重因子，λ3为内部环流性能评估的权重因子，λ4为全桥子模块电容电压性能评估的权重因子。
作为优选的是，步骤4将四个桥臂在k+1周期的电平数预测值集合Qj(k+1)＝{Qj(k)，Qj(k)-1，Qj(k)+1}中的3个元素依次代入模型预测控制的评估函数J中，当J取到最小值时，确定k+1周期四个桥臂电压的最优电平数Qopt_j(k+1)。
作为优选的是，步骤5包括：
1)针对每个桥臂，将该桥臂所有全桥子模块电容电压udcij(k)进行升序排序，获得升序序列Linc＝{L[1],L[2],..L[N]}，其中，L[1]＝1，L[2]＝2，...L[N]＝N；
2)根据公式(10)确定k+1周期相对于k周期桥臂电平数的变化量ΔQj(k+1)：
ΔQj(k+1)＝Qopt_j(k+1)-Qj(k) (10)
3)通过电流传感器采集k+1周期的桥臂电流ij(k+1)；
4)根据桥臂电平数的变化量ΔQj(k+1)、桥臂电流ij(k+1)的充放电状态，确定开关状态发生动作的全桥子模块：当ΔQj(k+1)＝1时，若ij(k+1)为充电状态，则从序列Linc中按照L[1],L[2],..的顺序选择开关状态不为1的首个全桥子模块，将其开关状态增加1；若ij(k+1)为放电状态，则从序列Linc中按照L[N],L[N-1],..的顺序选择开关状态不为1的首个全桥子模块，将其开关状态增加1。当ΔQj(k+1)＝-1时，若ij(k+1)为充电状态，则从序列Linc中按照L[N],L[N-1],..的顺序选择开关状态不为-1的首个全桥子模块，将其开关状态减少1；当ΔQj(k+1)＝-1时，若ij(k+1)为放电状态，则从序列Linc中按照L[1],L[2],..的顺序选择开关状态不为-1的首个全桥子模块，将其开关状态减少1。
作为优选的是，步骤6包括：
1)针对桥臂中的每个全桥子模块，定义子模块动作标志位Flagij，当Flagij＝1时，表示子模块左桥臂在k周期已发生开关动作，若Flagij＝0时，表示子模块右桥臂在k周期已发生开关动作；
2)根据公式(11)确定子模块在k周期的开关状态Hij(k)：
Hij(k)＝Lij(k)-Rij(k) (11)
其中，Lij(k)表示k周期的全桥子模块左桥臂开关信号，Rij(k)表示k周期的全桥子模块右桥臂开关信号，此时设定Flagij＝0；
3)当子模块在k+1周期的开关状态需要增加1时，根据公式(12)确定k+1周期的开关状态Hij(k+1)：
Hij(k+1)＝Hij(k)+1 (12)
由于k周期Flagij＝0，表示右桥臂在k周期已发生开关动作，则此时右桥臂将不再发生开关动作，为满足公式(12)，需将左桥臂的开关信号增加1，因而根据公式(13)确定左桥臂在k+1周期的开关信号Lij(k+1)：
Lij(k+1)＝Lij(k)+1 (13)
根据公式(14)确定右桥臂在k+1周期的开关信号Rij(k+1)：
Rij(k+1)＝Rij(k) (14)
完成开关动作设置后，设置Flagij＝1，表示k+1周期中，子模块左桥臂的开关信号已发生变化，在k+2周期内将优先改变右桥臂的开关信号。
图1所示为用于本发明的模块化中压波形发生器拓扑结构图。图1中，模块化中压波形发生器由两相桥臂并联构成，每相桥臂由上、下两个桥臂通过滤波电抗器L和桥臂电阻R串联组成，输入侧为交流电压us，输出侧为交流电压uo，输出侧电感为Lo，输出侧电阻为Ro；每个桥臂由N个子模块级联构成，本发明以每一相桥臂作为控制对象，四个桥臂的桥臂电压分别为u1、u2、u3、u4，四个桥臂的桥臂电流分别为i1、i2、i3、i4。
图2所示为本发明实施例模块化中压波形发生器全桥子模块的电路原理图。图2中，全桥子模块由4组带反并联二极管的功率开关器件T1(D1)、T2(D2)、T3(D3)、T3(D3)和并联电容器构成，udcij表示子模块电容电压，Lij表示全桥子模块左桥臂开关信号，Rij全桥子模块右桥臂开关信号，则全桥子模块的开关状态Hij表示为
Hij＝Lij-Rij
其中，i＝1～N，N为每个桥臂的全桥子模块数；j代表任一桥臂，j＝1,2,3,4。
图3所示为本发明实施例模块化中压波形发生器损耗均衡模型预测控制方法流程框图。图3中，首先，通过电流传感器采集k周期的四个桥臂的桥臂电流ij(k)，其中，j代表任一桥臂，j＝1,2,3,4，包括以下步骤：
1)根据公式(1)确定k周期的输入电流is(k)：
is(k)＝i1(k)+i3(k) (1)
2)根据公式(2)确定k周期的输入电流io(k)：
io(k)＝i1(k)-i2(k) (2)
3)根据公式(3)确定k周期的输入电流iz(k)：
iz(k)＝0.5×[(i1(k)+i2(k))-(i3(k)+i4(k))] (3)。
第2步，包括以下步骤：
1)通过电压传感器采集k周期的交流输入电压us(k)；
2)通过控制器采集四个桥臂在k周期中的桥臂电平数Qj(k)；
3)确定四个桥臂在k+1周期的电平数预测值的集合Qj(k+1)＝{Qj(k)，Qj(k)-1，Qj(k)+1}；
4)通过电压传感器采集所有全桥子模块在k周期的电容电压udcij(k)，根据公式(4)确定k周期所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)：
5)结合所有子模块电容电压平均值udc_ave(k)和四个桥臂在k+1周期的电平数预测值的集合Qj(k+1)，根据公式(5)确定k+1周期的桥臂电压预测值uj(k+1)：
uj(k+1)＝Qj(k+1)·udc_ave(k) (5)
其中，i＝1～N，N为每个桥臂的全桥子模块数；
6)确定k+1周期的输入电流预测值is(k+1)、输出电流预测值io(k+1)、内部环流预测值iz(k+1)。
第3步，建立如公式(6)所示的模型预测控制的评估函数J：
其中，为输入电流参考值，为输出电流参考值，为内部环流参考值，为全桥子模块电容电压参考值，λ1为输入电流性能评估的权重因子，λ2为输出电流性能评估的权重因子，λ3为内部环流性能评估的权重因子，λ4为全桥子模块电容电压性能评估的权重因子。根据现有技术，λ1取值为0.4，λ2取值为0.6，λ3取值为0.4，λ4取值为0.3，根据权重因子的取值情况可知：模型预测控制方法应首先保证模块化中压波形发生器的输出运行性能，因此λ2取值最大；其次，输入电流和内部环流的精准跟踪控制是提高模块化中压波形发生器运行可靠性的关键因素，因此λ1取值为0.4，λ3取值为0.4；最后，所有全桥子模块电容电压的平衡控制是保证模块化中压波形发生器稳定运行的重要因素，但控制优先级低于输出电流、输入电流和内部环流，因此λ4取值为0.3。
第4步，将四个桥臂在k+1周期的电平数预测值集合Qj(k+1)＝{Qj(k)，Qj(k)-1，Qj(k)+1}中的3个元素依次代入模型预测控制的评估函数J中，当J取到最小值时，确定k+1周期四个桥臂电压的最优电平数Qopt_j(k+1)。
第5步，包括以下步骤：
1)针对每个桥臂，将该桥臂所有全桥子模块电容电压udcij(k)进行升序排序，获得升序序列Linc＝{L[1],L[2],..L[N]}，其中，L[1]＝1，L[2]＝2，...L[N]＝N；
2)根据公式(7)确定k+1周期相对于k周期桥臂电平数的变化量ΔQj(k+1)：
ΔQj(k+1)＝Qopt_j(k+1)-Qj(k) (7)
3)通过电流传感器采集k+1周期的桥臂电流ij(k+1)；
4)根据桥臂电平数的变化量ΔQj(k+1)、桥臂电流ij(k+1)的充放电状态，确定开关状态发生动作的全桥子模块，从序列Linc中按照L[1],L[2],..的顺序或L[N],L[N-1],..的顺序选择合适的首个全桥子模块，将其开关状态增加1或减少1，确定子模块在k+1周期的开关状态Hij(k+1)。
第6步，根据Hij(k+1)，执行基于内部损耗均衡控制的全桥子模块开关信号配置方法。
图4所示为本发明实施例基于内部损耗均衡控制的全桥子模块开关信号配置方法流程图。图中，首先，针对桥臂中的每个全桥子模块，定义子模块动作标志位Flagij，当Flagij＝1时，表示子模块左桥臂在k周期已发生开关动作，若Flagij＝0时，表示子模块右桥臂在k周期已发生开关动作；
第2步，根据公式(1)确定子模块在k周期的开关状态Hij(k)：
Hij(k)＝Lij(k)-Rij(k) (1)
其中，Lij(k)表示k周期的全桥子模块左桥臂开关信号，Rij(k)表示k周期的全桥子模块右桥臂开关信号，此时设定Flagij＝0；
第3步，当子模块在k+1周期的开关状态需要增加1时，根据公式(2)确定k+1周期的开关状态Hij(k+1)：
Hij(k+1)＝Hij(k)+1 (2)
若k周期Flagij＝0，表示右桥臂在k周期已发生开关动作，则此时右桥臂将不再发生开关动作，为满足公式(2)，需将左桥臂的开关信号增加1，因而根据公式(3)确定左桥臂在k+1周期的开关信号Lij(k+1)：
Lij(k+1)＝Lij(k)+1 (3)
完成开关动作设置后，设置Flagij＝1，表示k+1周期中，子模块左桥臂的开关信号已发生变化，在k+2周期内将优先改变右桥臂的开关信号。
若k周期Flagij＝1，表示左桥臂在k周期已发生开关动作，则此时左桥臂将不再发生开关动作，为满足公式(2)，需将右桥臂的开关信号减小1，因而根据公式(4)确定右桥臂在k+1周期的开关信号Lij(k+1)：
Rij(k+1)＝Rij(k)-1 (4)
完成开关动作设置后，设置Flagij＝0，表示k+1周期中，子模块右桥臂的开关信号已发生变化，在k+2周期内将优先改变左桥臂的开关信号。
第4步，当子模块在k+1周期的开关状态需要减少1时，根据公式(5)确定k+1周期的开关状态Hij(k+1)：
Hij(k+1)＝Hij(k)-1 (5)
若k周期Flagij＝0，表示右桥臂在k周期已发生开关动作，则此时右桥臂将不再发生开关动作，为满足公式(5)，需将左桥臂的开关信号减少1，因而根据公式(6)确定左桥臂在k+1周期的开关信号Lij(k+1)：
Lij(k+1)＝Lij(k)-1 (6)
完成开关动作设置后，设置Flagij＝1，表示k+1周期中，子模块左桥臂的开关信号已发生变化，在k+2周期内将优先改变右桥臂的开关信号。
若k周期Flagij＝1，表示左桥臂在k周期已发生开关动作，则此时左桥臂将不再发生开关动作，为满足公式(5)，需将右桥臂的开关信号增加1，因而根据公式(7)确定右桥臂在k+1周期的开关信号Lij(k+1)：
Rij(k+1)＝Rij(k)+1 (7)
完成开关动作设置后，设置Flagij＝0，表示k+1周期中，子模块右桥臂的开关信号已发生变化，在k+2周期内将优先改变左桥臂的开关信号。
本发明另一实施例还提供了一种预测系统，该系统包括计算机设备，该计算机设备可以被配置或编程为用于执行上述实施例方法的步骤。该实施例中的计算机设备，可以是微处理器等。
图5(a)是本发明一实施例基于损耗均衡模型预测控制方法的模块化中压波形发生器输出电流仿真波形图，图5(b)是本发明一实施例基于传统PI控制的模块化中压波形发生器输出电流仿真波形图，图5(c)是本发明一实施例基于传统模型预测控制的模块化中压波形发生器输出电流仿真波形图。图中，io为输出电流，为输出电流参考值，传统MPC表示传统模型预测控制，所提MPC表示本发明所提出的损耗均衡模型预测控制方法。根据公式(1)，结合仿真波形数据，计算图5(a)～(c)三种控制方法所对应的输出电流的相对误差Io_err：
为便于表示，图5(a)～图5(c)中将向上移动一段直流偏置。通过计算可得传统PI控制、传统传统模型预测控制、损耗均衡模型预测控制方法所对应的输出电流地相对误差Io_err分别为1.87％、1.20％、0.94％，说明损耗均衡模型预测控制方法能够在提高模块化中压波形发生器运行可靠性的前提下提高输出电流的跟踪性能。
图6(a)是本发明一实施例第一个桥臂中的某个全桥子模块的左桥臂开关信号，图6(b)是本发明一实施例第一个桥臂中的某个全桥子模块的右桥臂开关信号。图中，该全桥子模块左桥臂和右桥臂的开关动作次数基本均等，说明损耗均衡模型预测控制方法可保证子模块内部损耗均衡，提高了模块化中压波形发生器内部损耗的均衡分布，提高了装置运行可靠性。