一种并网逆变器的模型预测控制方法技术

本发明专利技术涉及一种并网逆变器的模型预测控制方法，属于交流

【技术实现步骤摘要】
一种并网逆变器的模型预测控制方法


[0001]本专利技术属于交流-直流变换
，具体涉及一种并网逆变器的模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，诸如光伏等可再生能源分布式发电技术受到越来越多得关注，分布式发电系统 中每个发电单元通过整流器、逆变器、滤波器在公共耦合点(PCC)处并入电网。然而，可 再生能源发电系统存在许多不足，例如太阳能、风能等能源随机性大，波动性强，无法提供 稳定的能源，会对逆变器的直流母线稳定造成影响；另外，当电网出现弱电网特性时，逆变 器的交流侧工作情况变得复杂，也影响入网电流稳定输出。
[0003]为了解决上述问题，现有技术中一般采用有限控制集模型预测控制(Finite Control Set
-ꢀ
MPC,FCS-MPC)方法，通过设定代价函数，选取一组开关状态集合，对逆变器进行控制， 实现对直流母线电压和入网电流的稳定性控制。由于代价函数中的权重函数一般为人为设定， 且设定后固定不变，代价函数只会在特定的工作环境下发挥最好的工作性能，实现直流母线 电压和入网电流的控制。
[0004]例如，当设计代价函数时，如果将逆变器输出的入网电流为主要控制目标，因此该项权 重因子较大，对于其他目标例如直流母线中点电压平衡则作为次要目标，权重因子相对较小。 但是，当在某个时间段，逆变器工作环境发生变化，变化为直流母线中点电压发生较大偏移， 而此处入网电流比较稳定，偏移较小或无偏移，按照上述的控制方法，仍是以控制入网电流 为主，而直流母线中点电压却得不到很好的调节，控制效果不佳，影响系统工作的稳定性。
[0005]同理，若以直流母线中点电压平衡为主要控制目标，以逆变器输出入网电流为次要控制 目标，当电网侧出现扰动时，还仍以控制直流母线中点电压平衡为主，无法快速、有效的调 节入网电流，控制效果不佳，影响系统的工作稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种并网逆变器的模型预测控制方法，用于解决现有方法控制并网 逆变器的效果不佳，以及影响系统工作稳定性的问题。
[0007]基于上述目的，一种并网逆变器的模型预测控制方法的技术方案如下：
[0008]1)获取当前时刻逆变器输出的入网电流i
g
，利用i
g
和设定的入网电流预测模型，在逆 变器的各个开关状态组合下，确定下一时刻入网电流预测值i
g
(k+1)；所述的入网电流预测模 型通过i
g
、i
g
(k+1)与逆变器的输出电压u
i
之间的关系得到，所述逆变器的输出电压由逆变器 的开关状态组合决定，逆变器的各个开关状态组合从预先设定的控制集中选择；
[0009]2)获取当前时刻逆变器输入端的直流母线中点电压u
z
，利用u
z
和设定的直流母线中点 电压预测模型，在逆变器的各个开关状态组合下，确定下一时刻的直流母线中点电压预测值 u
z
(k+1)；所述的直流母线中点电压预测模型通过u
z
与u
z
(k+1)之间的关系得到；
[0010]3)将步骤1)中各个开关状态组合下求得的i
g
(k+1)，和步骤2)中各个开关状态组合下 求得的u
z
(k+1)，代入预设的代价函数中，得到N个代价函数值，其中N为逆变器中开关状 态组合的数量，比较代价函数值的大小，优选出一组开关状态组合，以控制逆变器中的开关；
[0011]所述的代价函数包括功率控制代价函数和直流母线中点电压控制代价函数，所述功率控 制代价函数包括入网电流预测值i
g
(k+1)和设置的第一权重因子；所述直流母线中点电压控制 代价函数包括直流母线中点电压预测值u
z
(k+1)和设置的第二权重因子；
[0012]当接收到优化指令时，利用遗传算法确定一组最优的第一权重因子和第二权重因子，步 骤如下：
[0013](1)随机生成初始种群，种群中的每个个体均包括第一权重因子和第二权重因子的信 息，对种群进行编码；
[0014](2)计算种群的适应度函数，该适应度函数为所述代价函数的倒数，确定每次迭代的 最优适应度函数值；选择最优个体保留，其余个体进行交叉、变异操作；重复本步骤直到达 到设定迭代次数；
[0015](3)将每次迭代保留的最优适应度函数值求倒数，再求得平均值f
m
，将平均值f
m
与设 定的代价函数值g
m
作比较，若g
m
>f
m
，则将寻优得到的第一权重因子和第二权重因子代入代 价函数中；若g
m
≤f
m
，则不更新第一权重因子和第二权重因子。
[0016]上述技术方案的有益效果是：
[0017]本专利技术的控制方法，能够当逆变器工作环境变化时，利用遗传算法，对控制目标(入网 电流、直流母线电压)的重要性进行重新分配，实时分配代价函数的各权重因子，调节控制 目标的控制程度，使最终选择的开关状态组合更为合理，实现重要性更强的控制目标的快速 调节，可靠性高，能够提高逆变器在不同环境下稳定工作的适应能力，控制的灵活性较强， 系统工作稳定。本专利技术的控制方法尤其适合可再生能源发电场合，应用前景较好。
[0018]进一步的，所述的直流母线中点电压控制代价函数为：
[0019][0020]其中，g
c
为直流母线中点电压控制代价函数值，ξ为第二权重因子，u
ze
＝u
z
(k+1)， h
p
为惩罚项，为u
z
的导数，用来表征u
z
的变 化率，通过欧拉后向公式求得，即进一步的，所述的功率控制代价函 数为：
[0021][0022]式中，g
a
为功率控制代价函数值，i
e
表示入网电流预测值i
g
(k+1)与设定给定值的偏差， Λ为权重矩阵，用于表示第一权重因子。
[0023]进一步的，所述代价函数值g
m
的设定方法为：根据当前时刻之前的一段时间内采
用若 干个开关状态组合下的历史代价函数值，求取历史代价函数值的平均值，得到代价函数值 g
m
。
[0024]进一步的，所述的入网电流预测模型为：
[0025]x
dq
(k+1)＝A
D
x
dq
(k)+B
D
u
dq
(k)
[0026]式中，x
dq
(k+1)用于表示k+1时刻的状态空间变量，包括：电感电流预测值i
L
(k+1)、入 网电流预测值i
g
(k+1)、电容电压预测值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并网逆变器的模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取当前时刻逆变器输出的入网电流i
g
，利用i
g
和设定的入网电流预测模型，在逆变器的各个开关状态组合下，确定下一时刻入网电流预测值i
g
(k+1)；所述的入网电流预测模型通过i
g
、i
g
(k+1)与逆变器的输出电压u
i
之间的关系得到，所述逆变器的输出电压由逆变器的开关状态组合决定，逆变器的各个开关状态组合从预先设定的控制集中选择；2)获取当前时刻逆变器输入端的直流母线中点电压u
z
，利用u
z
和设定的直流母线中点电压预测模型，在逆变器的各个开关状态组合下，确定下一时刻的直流母线中点电压预测值u
z
(k+1)；所述的直流母线中点电压预测模型通过u
z
与u
z
(k+1)之间的关系得到；3)将步骤1)中各个开关状态组合下求得的i
g
(k+1)，和步骤2)中各个开关状态组合下求得的u
z
(k+1)，代入预设的代价函数中，得到N个代价函数值，其中N为逆变器中开关状态组合的数量，比较代价函数值的大小，优选出一组开关状态组合，以控制逆变器中的开关；所述的代价函数包括功率控制代价函数和直流母线中点电压控制代价函数，所述功率控制代价函数包括入网电流预测值i
g
(k+1)和设置的第一权重因子；所述直流母线中点电压控制代价函数包括直流母线中点电压预测值u
z
(k+1)和设置的第二权重因子；当接收到优化指令时，利用遗传算法确定一组最优的第一权重因子和第二权重因子，步骤如下：(1)随机生成初始种群，种群中的每个个体均包括第一权重因子和第二权重因子的信息，对种群进行编码；(2)计算种群的适应度函数，该适应度函数为所述代价函数的倒数，确定每次迭代的最优适应度函数值；选择最优个体保留，其余个体进行交叉、变异操作；重复本步骤直到达到设定迭代次数；(3)将每次迭代保留的最优适应度函数值求倒数，再求得平均值f
m
，将平均值f
m
与设定的代价函数值g
m
作比较，若g
m
>f
m
，则将寻优得到的第一权重因子和第二权重因子代入代价函数中；若g
m
≤f
m
，则不更新第一权重因子和第二权重因子。2.根据权利要求1所述的并网逆变器的模型预测控制方法，其特征在于，所述的直流母线中点电压控制代价函数为：其中，g
c
为直流母线中点电压控制代价函数值，ξ为第二权重因子，u
ze
＝u
z
(k+1)，为u
z
的导数，用来表征u
z
的变化率，通过欧拉后向公式求得，即的变化率，通过欧拉后向公式求得，即h
p
为惩罚项，3.根据权利要求1所述的并网逆变器的模型预测控制方法，其特征在于，所述的功率控制代价函数为：
式中，g
a
为功率控制代价函数值，i
e
表示入网电流预测值i

【专利技术属性】
技术研发人员：黄景涛，任兆文，弓少康，程相超，杨清，邱联奎，宋书中，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：