中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法，建立三电平有源电力滤波器离散电流模型，由此求出预测电流和期望电流相对应的价值函数；设置价值函数，得到最优的电流期望值；由最优的电流期望值和有源电力滤波器电流预测模型，确定用于控制三电平有源电力滤波器输出电压的三相参考电压的瞬时标幺值；根据瞬时标幺值符号，判断输出最优电压空间矢量所在扇区位置，从而算出三相虚拟电压空间矢量的作用时间；确定三相脉冲各自的开关序列，根据三相虚拟电压空间矢量的作用时间，对最终输出的脉冲序列进行重新组合排序。本发明专利技术无需遍历轮询所有离散矢量就可以获得最优的离散矢量，与SVPWM算法结合，可直接计算出三相作用时间。

【技术实现步骤摘要】
中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法
本专利技术涉及一种控制方法，具体涉及一种中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，人们对于电能质量的要求越来越高，低压配电网的谐波污染问题也日益受到关注。有源电力滤波器(ActivePowerFilter，APF)作为一种高性能的谐波治理装置，能够快速、有效地抑制谐波和净化电网，为电力系统的安全运行和居民用电质量的提高提供了强有力的保障。中点箝位型(Neutral-PointClamped，NPC)三电平APF因为其输出电流纹波小、直流母线电压利用率高、等效开关频率高等特点日益受到关注。电流控制技术又是APF的关键技术之一，决定了APF的补偿能力和补偿精度。目前，线性控制系统的电流控制策略主要包括：比例积分(Proportional-Integral,PI)控制，比例谐振(Proportional-Resonant,PR)控制，无差拍控制和重复控制等。对于谐波参考电流指令的跟踪要求而言，本质上需要带宽足够大的闭环控制系统。因此跟踪谐波参考电流的控制器理论上应该具有足够大的带宽才能实现无静差的跟踪效果。PI控制器带宽有限，所以在跟踪高频谐波电流时效果不好。有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)也是伴随着数字技术的发展出现的一种预测控制技术。其利用变换器有限离散开关状态的特点，遍历计算所有的离散矢量，通过选择其中能够使预设的价值函数最小的矢量，从而实现控制目标，具有很好的动态性能。但是对于三电平变换器来讲，每次寻优需要遍历27个离散开关状态，对处理器的实时性和计算速度要求很高。并且开关频率不固定，使得输出滤波器的设计增加了困难，因此很难获得实际工程应用。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法，可以解决上述现有技术存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法，包括以下步骤：a.建立三电平有源电力滤波器离散电流模型，并根据此模型，求出预测电流和期望电流相对应的价值函数；b.无需对所有开关状态进行轮询计算，通过设置价值函数，得到最优的电流期望值；c.由最优的电流期望值和有源电力滤波器电流预测模型，确定用于控制三电平有源电力滤波器输出电压的三相参考电压的瞬时标幺值；d.根据三相参考电压的瞬时标幺值符号，判断输出最优电压空间矢量所在扇区位置，从而计算出三相虚拟电压空间矢量的作用时间；e.确定三相脉冲各自的开关序列，根据三相虚拟电压空间矢量的作用时间ta，tb，tc，对最终输出的脉冲序列进行重新组合排序。在传统的FCS-MPC方法中，为了获得使预设的价值函数最小的矢量，需要遍历计算所有离散矢量，需要耗费大量的处理器运算时间，使得处理器运算负担极重，并且开关频率不固定；与现有技术相比本专利技术无需遍历轮询所有离散矢量就可以获得最优的离散矢量，与SVPWM算法结合，就可以直接计算出三相作用时间，而且开关频率固定，通过优化设置价值函数，使其能够快速、无静差的跟踪谐波参考电流指令。同时也实现了对于中点电位偏移的有效抑制，达成多目标优化控制。附图说明图1本专利技术三电平虚拟电压空间矢量图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。中点钳位式三电平有源电力滤波器在abc三相静止坐标系下APF的连续数学模型为：式中，L为APF三相输出滤波电感；R为交流侧三相等效电阻；ia,ib,ic为APF三相输出补偿电流；ea,eb,ec为电网三相电压；uaN,ubN,ucN为APF输出端与电网中性点之间的电压。采用前向欧拉法将式1离散化，则可以近似得到：式中，Ts为采样周期。将式2化简可得有源电力滤波器离散化电流模型为：取价值函数g作为评判有源电力滤波器跟踪谐波参考电流的性能指标；定义g为三相输出电流与参考电流偏差的绝对值之和，如式4所示：式4中，ia*(k+1)，ib*(k+1)，ic*(k+1)分别为k+1时刻预测谐波参考电流指令；ia(k+1)，ib(k+1)，ic(k+1)分别为k+1时刻三相输出补偿电流。为了实现电流的精确跟踪，在不考虑系统延时的基础上，令价值函数g＝0，即使k+1拍电流指令与k+1拍输出电流相等，从而达到快速准确的跟踪效果，可得：令ux(k)＝u*x_ref(k)(x＝a,b,c)，将式5代入式3中，可以得到k拍三相最优目标参考电压矢量为：根据式6算出来的k拍三相最优目标参考电压矢量，可以与SVPWM算法相结合，可以计算出三相作用时间ta，tb，tc；三电平虚拟电压空间矢量图如图1所示。为了确定三相脉冲各自的开关序列，根据三相虚拟电压空间矢量的作用时间ta，tb，tc，对最终输出的脉冲序列进行重新组合排序，三电平虚拟电压空间矢量图如图1所示。为了确定三相脉冲各自的开关序列，根据三相虚拟电压空间矢量的作用时间ta，tb，tc，对最终输出的脉冲序列进行重新组合排序。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。以上所述，仅为本专利技术的较佳实施例，并不用以限制本专利技术，凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本专利技术技术方案的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.建立三电平有源电力滤波器离散电流模型，并根据此模型，求出预测电流和期望电流相对应的价值函数；b.设置价值函数，得到最优的电流期望值；c.由最优的电流期望值和有源电力滤波器电流预测模型，确定用于控制三电平有源电力滤波器输出电压的三相参考电压的瞬时标幺值；d.根据三相参考电压的瞬时标幺值符号，判断输出最优电压空间矢量所在扇区位置，从而计算出三相虚拟电压空间矢量的作用时间；e.确定三相脉冲各自的开关序列，根据三相虚拟电压空间矢量的作用时间ta，tb，tc，对最终输出的脉冲序列进行重新组合排序。

【技术特征摘要】
1.一种中点钳位式三电平有源电力滤波器快速模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.建立三电平有源电力滤波器离散电流模型，并根据此模型，求出预测电流和期望电流相对应的价值函数；b.设置价值函数，得到最优的电流期望值；c.由最优的电流期望值和有源电力滤波器电流预测模型，确定用于控制三电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞，王贵峰，叶宗彬，王晓杰，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32