NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法及装置。方法为：对三相入网电流和三相电网电压采样值进行Clark变换；利用DSOGI‑SPLL模块和电网电压特征值提取模块得到计算入网参考电流时所必须的电网电压特征值；采用两步预测法对三相入网电流进行跟踪控制和直流侧中点电压抑制，以补偿因采样和计算造成的延迟。该装置包括主功率电路、控制电路和检测电路，主功率电路包括NPC三相三电平逆变器和L型低通滤波器，检测电路包括入网电流检测电路、电网电压检测电路和直流侧中点电压检测电路。本发明专利技术能够在非理想电网条件下实现对NPC三相三电平逆变器良好的并网控制，大大提高入网电能品质，同时有效抑制直流侧中点电压的波动。

Model predictive control method and device for NPC three-phase three level grid connected inverter

The invention discloses a model predictive control method and device for a NPC three-phase three level grid connected inverter. Methods: the three-phase grid current and three-phase voltage sampling value of Clark transform; using DSOGI SPLL module and feature extraction module to obtain voltage grid voltage characteristics must be calculated into the reference current value; the three-phase grid current control and DC voltage suppression point by two step prediction method to compensate because of the delay caused by sampling and calculation. The device comprises a main power circuit, control circuit and detection circuit, main power circuit including NPC three-phase three level inverter and L type low-pass filter, detection circuit comprises a grid current detection circuit, voltage detection circuit and DC midpoint voltage detection circuit. The invention can realize the good grid connected control of the NPC three-phase three level inverter under the condition of non ideal power grid, greatly improve the quality of the incoming electric energy, and effectively suppress the fluctuation of the neutral point voltage on the DC side.

【技术实现步骤摘要】
NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法及装置
本专利技术涉及电能变换装置的直流-交流变换器
，特别是一种NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法及装置。
技术介绍
NPC(NeutralPointClamped)三相三电平并网逆变器在分布式并网发电系统中起着能量转换接口的作用，其工作状态对进入电网的电能品质影响很大。在理想电网条件下，电网电压中只含有基频正序分量e+，现有的NPC三相三电平并网逆变器控制方法相对成熟，如PI控制、PR控制、滞环控制等。然而实际中的电网条件绝大部分是非理想的，非理想电网电压中除了基频正序分量e+外，还含有基频负序分量e-、5倍频负序分量e5-和7倍频正序分量e7+等，此时基于理想电网条件下的NPC三相三电平并网逆变器控制方法必然导致低品质电能进入电网。与此同时，基于理想电网条件下的NPC三相三电平并网逆变器直流侧中点电压抑制方法也不能良好地抑制直流侧中点电压的波动，易造成开关器件损坏、三相入网电流THD值较大等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够在非理想电网条件下，对NPC三相逆变器进行良好并网控制的NPC三相三电平并网逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法，其特征在于，采用两步预测法进行模型预测计算，过程包括以下步骤：步骤S1，输出当前即第k个采样周期最优开关状态Sopt(k)控制逆变器，Sopt(k)由上一个即第k‑1个采样周期计算得到；步骤S2，采样及变换：对入网电流进行检测得到a、b、c三相入网电流ia(k)、ib(k)、ic(k)，并对ia(k)、ib(k)、ic(k)进行Clark变换得到iα(k)、iβ(k)；对电网电压进行检测得到a、b、c三相电网电压ea(k)、eb(k)、ec(k)，并对ea(k)、eb(k)、ec(k)进行Clark变换得到eα(k)、eβ(k)；根据检测所得三...

【技术特征摘要】
1.一种NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法，其特征在于，采用两步预测法进行模型预测计算，过程包括以下步骤：步骤S1，输出当前即第k个采样周期最优开关状态Sopt(k)控制逆变器，Sopt(k)由上一个即第k-1个采样周期计算得到；步骤S2，采样及变换：对入网电流进行检测得到a、b、c三相入网电流ia(k)、ib(k)、ic(k)，并对ia(k)、ib(k)、ic(k)进行Clark变换得到iα(k)、iβ(k)；对电网电压进行检测得到a、b、c三相电网电压ea(k)、eb(k)、ec(k)，并对ea(k)、eb(k)、ec(k)进行Clark变换得到eα(k)、eβ(k)；根据检测所得三相电网电压，提取出电网电压特征值并进行入网参考电流计算，得到αβ坐标系下的入网参考电流i*α(k)、对电容电压进行检测得到直流侧中点电压Δvc(k)；步骤S3，相角补偿：对eα(k)、eβ(k)做一个采样周期Ts相角补偿得到eα(k+1)、eβ(k+1)，对i*α(k)、做两个采样周期2Ts相角补偿得到步骤S4，计算入网电流反馈值：结合Sopt(k)对应的逆变器交流输出侧电压矢量值uα(k)、uβ(k)与步骤S2的采样及变换结果，根据逆变器的离散数学模型计算出第k+1个采样周期入网电流反馈值iα(k+1)、iβ(k+1)；步骤S5，计算直流侧中点电压反馈值：结合Sopt(k)对应的相开关函数状态Sa、Sb、Sc与步骤S2的采样及变换结果，根据逆变器的离散数学模型计算出第k+1个采样周期直流侧中点电压反馈值Δvc(k+1)；步骤S6，对第k+1个采样周期入网电流反馈值iα(k+1)、iβ(k+1)进行反Clark变换，得到ia(k+1)、ib(k+1)、ic(k+1)；步骤S7，遍历计算：结合iα(k+1)、iβ(k+1)、eα(k+1)、eβ(k+1)、Δvc(k+1)、ia(k+1)、ib(k+1)、ic(k+1)、逆变器交流输出侧电压矢量值以及该电压矢量值对应的相开关函数状态，根据逆变器的离散数学模型预测计算出第k+2个采样周期的入网电流iα(k+2)(i)、iβ(k+2)(i)和直流侧中点电压Δvc(k+2)(i)；步骤S8，建立目标函数g，作为选出27组相开关函数状态中的最优开关状态Sopt(k+1)的依据；步骤S9，存储目标函数g最小值对应的开关状态，该状态即最优开关状态Sopt(k+1)，将Sopt(k+1)做为第k+1个采样周期的最优输出；步骤S10，等待本次采样周期时间结束，返回步骤S1，进入下一个循环。2.根据权利要求1所述的NPC三相三电平并网逆变器的模型预测控制方法，其特征在于，步骤S2所述根据检测所得三相电网电压，提取出电网电压特征值并进行参考电流计算，得到αβ坐标系下的入网参考电流i*α(k)、具体如下：(2.1)非理想电网电压中含有基频正序分量e+、基频负序分量e-、5倍频负序分量e5-、7倍频正序分量e7+，因此假设：其中，下标a、b、c表示a相、b相、c相，上标+、-、5-、7+分别表示基频正序分量、基频负序分量、5倍频负序分量、7倍频正序分量；(2.2)定义：基频正序旋转坐标系dq+以相对于αβ坐标系中α轴的角速度ω逆时针旋转；基频负序旋转坐标系dq-以相对于αβ坐标系中α轴的角速度ω顺时针旋转；5倍频负序旋转坐标系dq5-以相对于αβ坐标系中α轴的角速度5ω顺时针旋转；7倍频正序旋转坐标系dq7+以相对于αβ坐标系中α轴的角速度7ω逆时针旋转；其中ω为电网电压基波角频率；(2.3)对步骤(2.1)中公式两端进行Clark变换，得到下式：将α轴量视为向量实部，将β轴量视为向量虚部，上式转化为：根据Clark变换的特性，以相对于αβ坐标系中α轴的角速度ω逆时针旋转，以相对于αβ坐标系中α轴的角速度ω顺时针旋转，以相对于αβ坐标系中α轴的角速度5ω顺时针旋转，以相对于αβ坐标系中α轴的角速度7ω逆时针旋转；结合步骤(2.2)和步骤(2.3)，与基频正序旋转坐标系dq+相对静止，与基频负序旋转坐标系dq-相对静止，与5倍频负序旋转坐标系dq5-相对静止，与7倍频正序旋转坐标系dq7+相对静止；(2.4)定义：电网电压特征值分别为在基频正序旋转坐标系dq+中d+轴、q+轴上的投影，电网电压特征值分别为在基频负序旋转坐标系dq-中d-轴、q-轴上的投影，电网电压特征值分别为在5倍频负序旋转坐标系dq5-中d5-轴、q5-轴上的投影，电网电压特征值分别为在7倍频正序旋转坐标系dq7+中d7+轴、q7+轴上的投影；同理于步骤(2.1)至(2.4)，得到入网电流特征值(2.5)根据瞬时无功理论，入网瞬时复功率为：其中，j为复数单位，p(t)为入网瞬时有功功率，q(t)为入网瞬时无功功率，eα、eβ分别为三相电网电压ea、eb、ec进行Clark变换后的α轴分量、β轴分量，ia、iβ分别为三相入网电流ia、ib、ic进行Clark变换后的α轴分量、β轴分量；根据上式可得到入网瞬时有功功率p(t)、入网瞬时无功功率q(t)：p(t)＝P0+Pc2cos(2ωt)+Ps2sin(2ωt)+Pc4cos(4ωt)+Ps4sin(4ωt)+Pc6cos(6ωt)+Ps6sin(6ωt)+Pc8cos(8ωt)+Ps8sin(8ωt)+Pc12cos(12ωt)+Ps12sin(12ωt)其中，Pc2、Ps2、Pc4、Ps4、Pc6、Ps6、Pc8、Ps8、Pc12、Ps12分别是入网瞬时有功功率中含有的高次谐波对应的系数，称为有功系数；P0是入网瞬时有功功率中的直流分量；q(t)＝Q0+Qc2cos(2ωt)+Qs2sin(2ωt)+Qc4cos(4ωt)+Qs4sin(4ωt)+Qc6cos(6ωt)+Qs6sin(6ωt)+Qc8cos(8ωt)+Qs8sin(8ωt)+Qc12cos(12ωt)+Qs12sin(12ωt)其中，Qc2、Qs2、Qc4、Qs4、Qc6、Qs6、Qc8、Qs8、Qc12、Qs12分别是入网瞬时无功功率中含有的高次谐波对应的系数，称为无功系数；Q0是入网瞬时无功功率中的直流分量；所述有功系数、无功系数、电网电压特征值、入网电流特征值有如下关系：

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建国，马丙辉，王纪东，姚凯，季振东，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32