一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于ACSF‑MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法，属于逆变器的电流控制技术领域，该系统控制方法采用双模式切换，可以在稳态时对系统电流实现无静差调节，采用简单有效的双PI控制；同时在动态调节时采用定频模型预测，针对并网逆变器预测最优开关序列控制，采用遍历式的寻优方式进行改进，将理想输出的电压矢量

An inverter control system and method based on acsf-mpc and PI dual-mode switching

【技术实现步骤摘要】
一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法
本专利技术涉及逆变器的电流控制
，尤其涉及一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法。
技术介绍
随着新能源发电系统以及柔性直流输电(FACTS)装置大量地接入电网，并网逆变器作为桥梁装置，在交流驱动、有源滤波器、静止无功补偿器、电网互联等方面得到了广泛的应用。并网逆变器是将分布式电能传输至电网的重要媒介，实现直流电向交流电的转换功能，是实现可再生能源有效利用的基础，其性能直接影响分布式发电系统的可靠性和稳定性。逆变器常用的控制方式包括电压型控制和电流型控制。由于电压型控制含有大量低次谐波以及动态性能差等缺点，大多数并网逆变器采用电流型控制方法，即将电网看作无限大的电源，其电压和频率不随着并网逆变器的入网电流变化而变化。目前，主流的电流跟踪控制算法主要包括电流滞环控制、滑模控制、线性控制、预测控制和模糊神经网络控制为代表的人工智能控制算法。MPC的主要思想是利用系统未来所有可能的动作，预测出系统所有可能的输出，然后通过约束条件和性能优化指标等选择未本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统，其特征在于包括：/n数据采集模块，用于采集当前时刻逆变器交流侧的电压、电流值和直流侧的电压值；/n外环控制模块，将采样到的直流侧电压与给定电压值进行比较，经过PI控制器得到参考电流值；/n模式切换模块，将参考电流值和电网侧采样得到的交流侧电流值进行比较，从而确定并选择合适的控制模式；/n数据控制模块1，电流内环采用PI控制模式；/n数据控制模块2，电流内环采用定频模型预测控制模式；/n函数优化模块，对定频模型预测中的电流参考值采用改进模糊补偿，获得虚拟参考电流值的补偿量，反馈给外环控制模块，最后将最优开关序列及其作用时间作为本逆变器...

【技术特征摘要】
1.一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统，其特征在于包括：
数据采集模块，用于采集当前时刻逆变器交流侧的电压、电流值和直流侧的电压值；
外环控制模块，将采样到的直流侧电压与给定电压值进行比较，经过PI控制器得到参考电流值；
模式切换模块，将参考电流值和电网侧采样得到的交流侧电流值进行比较，从而确定并选择合适的控制模式；
数据控制模块1，电流内环采用PI控制模式；
数据控制模块2，电流内环采用定频模型预测控制模式；
函数优化模块，对定频模型预测中的电流参考值采用改进模糊补偿，获得虚拟参考电流值的补偿量，反馈给外环控制模块，最后将最优开关序列及其作用时间作为本逆变器控制系统的控制信号。


2.采用权利要求1所述的基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统进行逆变器控制的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：采集逆变器交流侧的电流值和直流侧电压值，并通过DSP的均值滤波模块获得交流侧电流量和直流侧电压量；
步骤2：采用电压外环控制；
将直流侧采样得到的电压值和给定电压值作比较，经过PI控制器得到dq坐标系下电流参考值i*dref和i*qref；
步骤3：对步骤2得到的电流参考值i*dref、i*qref和电网侧采样得到的电流值作比较，如果偏差小于0.5A则电流内环采用PI控制模式，执行步骤4并结束；若偏差大于0.5A则电流内环采用定频模型预测控制模式，执行步骤5；
步骤4：将电流参考值与采样到的电网侧电流值做差，进行PI调节得到逆变器输出电压矢量，通过SVPWM调制单元得到PWM输出波，转到步骤9；
步骤5：将步骤1得到的电流量和电压量和上一控制周期获得的系统参数带入到定频电流预测模型中，计算出下一控制周期的预测电流值；
步骤6：采用最小二乘优化的方法来定义目标函数，利用求极值的方法获得目标函数最小值时的3个输出电压矢量的作用时间，并采用改进的寻优策略来求得扇区的电压矢量值；
步骤7：采用改进的模糊补偿获得的虚拟参考电流值来作为外环PI输出的电流参考值的补偿量；
步骤8：根据最小开关损耗原则，采用零矢量集中的实现方法，即SVPWM的5电平中电压矢量的分配原则得到调制信号对逆变器的开关管进行控制，转到步骤9；
步骤9：将输出的结果即控制信号作用到逆变器的开关管上。


3.根据权利要求2所述的基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统进行逆变器控制的方法，其特征在于所述步骤2的过程如下：
令q轴给定电流为零，将直流侧采样得到的电压值和给定值比较并进行PI控制，得到电流内环的d轴给定电流参考值i*dref；



其中，V*dcref直流侧电压参考值，为q轴给定电流参考值，Vdc为直流侧电压采样值，Kp、Ki分别为比例PI控制器的比例系数和积分系数。


4.根据权利要求2所述的基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统进行逆变器控制的方法，其特征在于步骤4所述的将电流参考值与采样到的电网侧电流值做差，进行PI调节得到逆变器输出电压矢量的过程如下：
内环采用PI控制为：



其中，kp、ki为内环PI控制器的比例系数和积分系数，vd、vq为dq坐标系下逆变器输出电压，id、iq为dq坐标系下逆变器侧采样电流，ed、eq为dq坐标系下并网电压，L为滤波电感，ω为电网频率，s为复频率。


5.根据权利要求2所述的基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统进行逆变器控制的方法，其特征在于所述步骤5的过程如下：
为了设计的方便，将三相并网逆变器在两相静止坐标系下的电流、电压经过Clark变换，转化到αβ坐标系下；
计算下一周期的预测电流值：



其中，iα(k)和iβ(k)为αβ坐标系下第k(k＝1,2,3…)个控制周期开始时的电网侧的三相采样电流；fαi和fβi(i＝1,2,3)是瞬时电流在Clark变换下的增量，ti(i＝1,2,3)是所对应逆变器输出电压矢量vi的作用时间；
如果假设在采样间隔期间fαi和fβi是恒定的，则fαi＝fαi,k和fβi＝fβi,k，其中fαi,k和fβi,k是向量vi的瞬时k的值如下所示：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安娜，张佳豪，林森，程科，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21