1.基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定机侧速度环的给定速度值ωref；

步骤2：建立机侧数学模型；

步骤3：对机侧电流、速度采样，并将三相静止坐标下的电流信息转换到d‑q坐标系下；

步骤4：建立离散的永磁同步电机电流预测模型，过程如下：

4.1：三电平逆变器输出电压矢量的确定：设三相正弦电压表达式为：

定义逆变器输出电压为：

则

又UaN+UbN+UcN＝0，则可以得出三电平逆变器三桥臂开关状态与逆变器输出电压之间的关系：其中，

对应的空间电压矢量定义为：其中，

由于每一桥臂对应三种开关状态，故可以得到27组开关状态，代入到所定义的空间电压矢量公式可以得到27个电压矢量；

4.2，永磁同步电机电流预测模型的确定：采用前向欧拉公式对电流状态方程进行离散化得到离散永磁同步电机电流预测模型如下形式：

其中，id(k),iq(k)表示当前时刻两相同步旋转d‑q坐标系下的定子电流分量；id(k+1)，iq(k+1)为下一时刻的定子电流d,q轴分量；ud,uq为27种开关状态对应下d,q轴电压分量；Ls为表贴式永磁同步电机中d‑q坐标系下定子电感；Ts为采样周期；

步骤5，构建成本函数；

由于机侧电流环采用的是预测电流控制，故成本函数J1设计为以下形式：其中， 表示定子电流d,q轴分量的参考值；id(k+1),iq(k+1)分别为(k+1)Ts时刻d,q轴定子电流预测值；

步骤6，选择最优电压矢量；

首先由三电平逆变器三个桥臂的的开关状态，确定其输出电压矢量；然后在预测模型的作用下，可以得到当前时刻下的预测值；最后根据设计的成本函数来选择最优电压矢量uopt_1：

uopt_1＝arg min J1步骤7，引入状态变量dωl，确定新的状态空间模型；

考虑到系统参数的不确定以及外部扰动的影响，步骤2中的机械运动方程可以整理为：其中， 表示机侧转速环

集总扰动；bω0是关于bω的估计值，其中 表示定子电流q轴分量的参考值；

令x1＝ω，x2＝dωl，则新的状态空间模型为：其中，h1表示dωl的微分；bω0是关于bω的估计值，其中 表示定子电流q轴分量的参考值；

步骤8，扩张状态观测器设计，过程如下：根据步骤7中的新状态空间模型设计扩张状态观测器，常规的扩张状态观测器形式为：其中， 表示ω的估计值； 表示集总扰动dωl的估计值；β1,β2表示扩张状态观测器的增益；

定义误差变量 则误差状态空间模型的形式如下所示：当 时即机侧外环集总扰动为常值时，且误差状态空间模型的系数矩阵为赫尔维茨矩阵，估计误差渐近收敛到0，即实现估计值渐近无误差跟踪实际状态；

若机侧外环集总扰动为时变扰动时，上述的扩张状态观测器不能够实现渐近无误差跟踪，为此需要在上述观测器的基础上进行改进达到实现时变扰动的目的；

改进后的扩张状态观测器形式如下所示：其中， 表示ω的估计值； 表示集总扰动dωl的估计值；β11,β12,β13表示改进后的扩张状态观测器的增益；

定义新的误差变量 则

由上述新的误差方程可以得到：等式两端继续求导可以得到：选择状态变量： 整理为状态空间形式：当 即机侧外环集总扰动满足a1+a2t类型的时变扰动时，且新的误差状态空间模型的系数矩阵为赫尔维茨矩阵，估计误差渐近收敛到0；

步骤9，机侧外环控制律设计，过程如下：选择合适的观测器增益β11,β12,β13，可以由步骤8中改进后的扩张状态观测器得到实际转速的估计值 以及外环集总扰动的估计值 由扩张状态状态观测器得到估计值可以用于控制器的设计，具体形式如下所示：其中， 表示ω的估计值；ωref表示转速外环的参考值；uω0表示机侧控制器输出；kωp表示控制器增益；

步骤10，建立直流环节数学模型；

步骤11，建立网侧数学模型；

步骤12，对网侧电流、电压采样和坐标变换；

步骤13，建立离散内环功率预测模型；

步骤14，构建成本函数；

步骤15，选择最优电压矢量；

步骤16，引入状态变量dul，确定新的状态空间模型；

步骤17，设计扩张状态观测器；

步骤18，网侧外环控制律设计。

2.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤2中，具体过程如下：永磁同步电机在d‑q坐标系下的的数学模型可以表示为：电压方程为：

式中：ud,uq表示定子电压d‑q轴分量；id,iq表示定子电流d‑q轴分量；Ls为表贴式永磁同步电机中d‑q坐标系下定子电感，满足Ls＝Ld＝Lq；Rs表示定子电阻；ωre表示电角速度；ψf表示永磁体磁通；

电磁转矩方程为：

其中，pn表示极对数；Te表示电磁转矩；

机械运动方程为：

其中，ω表示机械角速度；J表示转动惯量；B表示摩擦系数；Tm表示驱动转矩。

3.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤10中，直流侧电容节点P、O、N处电流表示为：ic1＝ipm‑ipg

ic1+iom＝ic2+iogic2+inm＝ing

其中，C1,C2表示直流滤波电容；uc1,uc2表示直流母线电容上的电压；ic1,ic2表示流过直流滤波电容的电流；ipm,iom,inm表示机侧流经节点P、O、N处电流，ipg,iog,ing表示流向网侧节点P、O、N处电流。

4.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤11中，在d‑q坐标系下的网侧数学模型为：其中，ud,uq为三电平逆变器输出电压在d,q坐标系下的分量；ed,eq为网侧电压在d,q坐标系下分量；id,iq为网侧电流在d,q坐标系下分量；L表示网侧滤波电感；R表示输出端等效电阻；ωge表示电网角速度。

5.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤13中，网侧逆变器采用电压定向控制的方法，故基于电网电压矢量定向的网侧逆变器电流方程可以表示为：其中，ud,uq为三电平逆变器输出电压在d,q坐标系下的分量；ed为网侧电压d轴分量；id,iq网侧电流在d,q坐标系下分量；L表示网侧滤波电感；R表示输出端等效电阻；ωge表示电网角速度。

6.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤14中，构建出一个成本函数，成本函数J2形式如下：* *

J2＝|P‑P(k+1)|+|Q‑Q(k+1)|* *

其中，P ,Q 表示有功功率与无功功率参考值；P(k+1),Q(k+1)分别为(k+1)Ts时刻有功功率与无功功率的预测值。

7.如权利要求6所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤15中，从网侧逆变器输出的27个电压矢量中选择出使得成本函数J2最小的电压矢量uopt_2：

uopt_2＝arg min J2

8.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤16中，引入状态变量dul，构建新的状态空间模型；

在不考虑变换器损耗的情况下，机侧整流器的输出功率Pm可以表示为：Pm＝udcim

其中，udc表示直流母线电压，可以表示为udc＝uc1+uc2；im表示由机侧变换器输出到直流母线的电流；

流过直流侧电容的电流为：

其中，C表示直流侧电容，可以表示为C＝C1＝C2；ig表示输入到网侧逆变器的电流；

从直流侧输入到网侧逆变器的有功功率P为：P＝udcig

由上述等式可以得到：

等价于

其中， 表示网侧电压环集总扰动；

*

bu0是关于bu的估计值，其中 P表示有功功率参考值；

令z1＝udc；z2＝dul，则新的状态空间模型为：*

其中，h2表示dul的微分；bu0是关于bu的估计值，其中 P 表示有功功率参考值。

9.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤17中，外环的改进扩张状态观测器表示形式如下所示：其中， 表示udc的估计值； 表示集总扰动dul的估计值；l1,l2,l3表示改进后的扩张状态观测器的增益；

当 时即机侧外环集总扰动为常值时，且误差状态空间模型的系数矩阵为赫尔维茨矩阵，估计误差渐近收敛到0，即实现估计值渐近无误差跟踪实际状态；

当 即网侧外环集总扰动满足a1+a2t类型的时变扰动时，所设计的扩张状态观测器能够实现无误差渐近收敛。

10.如权利要求1所述的基于时变扰动补偿的三电平发电系统模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤18中，外环环控制律设计如下所示：选择合适的观测器增益l1,l2,l3，可以由步骤17中设计的扩张状态观测器得到直流母线电压的估计值 以及外环集总扰动的估计值 由扩张状态状态观测器得到估计值可以用于控制器的设计，具体形式如下所示：其中， 表示电压外环的参考值；uu0表示网侧控制器输出；kup表示控制器增益。