具有多电平逆变器的模型预测方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了具有多电平逆变器的模型预测方法、系统、设备及存储介质，属于微电网技术领域。柔性参考电流计算模块可以提供负载所需的不平衡和谐波电流，且该参考电流是从电网电压的各个分量中计算出来的，所有计算都在静止坐标系下进行，不需要应用锁相环，因此控制方法更简单、易于实现；模型预测控制算法模块可以跟踪多频参考电流，不需要任何调制方式，不仅可以实现多目标控制，还具有更快的瞬态响应和更高的稳定裕度；在不同微电网情况下，该控制方法都可以在一定程度上抑制系统的有功功率振荡，维持系统的稳定高效运行，因此，本发明专利技术的模型预测系统，具有一定的普适性和实用性。具有一定的普适性和实用性。具有一定的普适性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
具有多电平逆变器的模型预测方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于微电网
，涉及具有多电平逆变器的模型预测方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]由于非线性负载的广泛应用，不平衡和畸变的电网现象越来越多，这些微电网的运行条件会根据负荷曲线不断变化，进而引起有功功率振荡，导致直流侧电压波动，对电网产生污染。这不仅会影响储能系统中电池和电容的使用寿命，还会影响系统的稳定性。只有通过降低电网电流的谐波失真，才能降低有功功率振荡。因此，为了应对各种预期的微电网异常情况，需要研究适用的控制算法来抑制系统的有功功率振荡，维持其稳定高效运行。
[0003]有研究者提出采用有源电力滤波器，以提供负载所需的不平衡和谐波电流，这种方法虽然简单，但有源电力滤波器的直流侧电容电压也有波动，这会缩短其使用寿命；另有研究者提出一种改进分布式发电机组的控制方法，该方法可以在一定程度上避免有功功率振荡，但这些方法的功率分析都是在旋转坐标系下进行的，因此，需要应用锁相环来实现控制算法，但锁相环设计不当会影响微电网的性能和稳定性，目前避免锁相环的应用已成为一种趋势。还有研究者提出采用模型预测控制器，利用逆变器的动态模型来获得控制输入，这种方法与传统的线性控制器相比具有更高的动态效应，但没有解决有功功率振荡和电流总谐波失真之间的权衡问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中，传统控制方法使用寿命短、设计复杂、对电网稳定运行影响大、控制效果不理想的缺点，提供具有多电平逆变器的模型预测方法、系统、设备及存储介质。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种具有多电平逆变器的模型预测系统，包括二极管箝位三电平逆变器和控制单元；
[0007]二极管箝位三电平逆变器包括输入电容、二极管、滤波电感、负载电阻、功率开关管及电网侧的三相输入电压。
[0008]控制单元包括：
[0009]电流测量模块，用于提取电网侧的电流值，并将电流值数据传输至模型预测控制算法模块；
[0010]电压测量模块，用于提取电网侧的三相电压和电容电压值，并将三相电压数据传输至谐波消除模块，将电容电压数据传输至模型预测控制算法模块；
[0011]谐波消除模块，接收电压测量模块提取的三相电压数据，并对接收的三相电压数据进行正序和负序谐波分量消除，将谐波消除后的电压数据传输至柔性参考电流计算模块；
[0012]柔性参考电流计算模块，接收谐波消除模块传输的数据，并结合给定有功功率参考值对谐波消除后的数据进行计算，获取控制系统所需的参考电流，并将参考电流传输至模型预测控制算法模块；
[0013]模型预测控制算法模块，接收电流测量模块传输的电流值数据和电压测量模块传输的电容电压数据，获取并跟踪柔性参考电流计算模块传输的参考电流，获取开关的最优切换状态信号，并将该信号传输至开关状态应用模块；
[0014]开关状态应用模块，接收模型预测控制算法模块传输的开关的最优切换状态信号，产生12脉冲的SPWM波，并对二极管箝位三电平逆变器(1)中的功率开关管进行控制，实现系统的最优状态切换。
[0015]优选地，所述输入电容设有2个，二极管设有6个，负载电阻设有3个，滤波电感设有3个，功率开关管设有12个。
[0016]优选地，所述功率开关管为IGBT开关管。
[0017]一种模型预测方法，包括如下步骤：
[0018]步骤一，采集三相电网数据，所述三相电网数据包括三相电网电压、三相电网电流和电容电压，并对其进行谐波消除，结合有功功率参考值，进行柔性参考电流计算得到参考电流；
[0019]步骤二，基于步骤一的三相电网电压、三相电网电流、电容电压和参考电流，利用离散数学模型计算目标函数，之后对目标函数进行优化，得到系统的最优切换状态；
[0020]步骤三，利用步骤二得到的最优切换状态进行开关状态应用，减小系统的有功功率振荡。
[0021]优选地，步骤一的具体操作为：采集三相电网电流i
s
、三相电网电压u
sa
、u
sb
、u
sc
和电容电压u
c1
、u
c2
；然后对采集到的三相电网数据进行谐波消除，结合设定的有功功率参考值P
ref
，经柔性参考电流计算得到参考电流i
s-ref
；计算公式如下：
[0022]u
s
＝(u
sa u
sb u
sc
)
T
ꢀꢀꢀ
(1)
[0023]u1＝(u
1a u
1b u
1c
)
T
ꢀꢀꢀ
(2)
[0024]P
ref
＝k
1p
×
[||u
1p
||
2-(||u
1n
||
2-||u
5n
||
2-(2x-1)||u
7p
||2)]ꢀꢀꢀ
(3)
[0025][0026][0027][0028]其中，u1为逆变器电压；u
s
为电网电压；k
1p
为正序一次谐波有功电流幅值，k
1n
为负序一次谐波有功电流幅值；||u
1p
||为正序一次谐波电压幅值，||u
1n
||为负序一次谐波电压幅值；i
sα-ref
、i
sβ-ref
分别为αβ坐标下参考电流分量；分别为αβ坐标下电网电压正序分量；1代表一次谐波，p代表正序，n代表负序。
[0029]优选地，步骤二包括如下步骤：
[0030](2.1)基于步骤一的三相电网电压和参考电流，从系统离散化的数学模型中预测被控变量；
[0031](2.2)确定目标函数，得到可用开关状态目标函数；
[0032](2.3)对得到的所有可用开关状态目标函数进行优化。
[0033]优选地，步骤二具体操作为：
[0034][0035]u
s
(m+1)＝3u
s
(m)-3u
s
(m-1)+u
s
(m-2)
ꢀꢀꢀ
(8)
[0036]O
f
(m+1)＝||i
s
(m+1)-i
s-ref
(m+1)||+......μ(||u
c1
(m)-u
c2
(m)||)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0037]i
s-ref
(m+1)＝3i
s-ref
(m)-3i
s-ref
(m-1)+i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多电平逆变器的模型预测系统，其特征在于，包括二极管箝位三电平逆变器(1)和控制单元(2)；二极管箝位三电平逆变器(1)包括输入电容、二极管、滤波电感、负载电阻、功率开关管及电网侧的三相输入电压；控制单元(2)包括：电流测量模块，用于提取电网侧的电流值，并将电流值数据传输至模型预测控制算法模块；电压测量模块，用于提取电网侧的三相电压和电容电压值，并将三相电压数据传输至谐波消除模块，将电容电压数据传输至模型预测控制算法模块；谐波消除模块，接收电压测量模块提取的三相电压数据，并对接收的三相电压数据进行正序和负序谐波分量消除，将谐波消除后的电压数据传输至柔性参考电流计算模块；柔性参考电流计算模块，接收谐波消除模块传输的数据，并结合给定有功功率参考值对谐波消除后的数据进行计算，获取控制系统所需的参考电流，并将参考电流传输至模型预测控制算法模块；模型预测控制算法模块，接收电流测量模块传输的电流值数据和电压测量模块传输的电容电压数据，获取并跟踪柔性参考电流计算模块传输的参考电流，获取开关的最优切换状态信号，并将该信号传输至开关状态应用模块；开关状态应用模块，接收模型预测控制算法模块传输的开关的最优切换状态信号，产生12脉冲的SPWM波，并对二极管箝位三电平逆变器(1)中的功率开关管进行控制，实现系统的最优状态切换。2.根据权利要求1所述的模型预测系统，其特征在于，所述输入电容设有2个，二极管设有6个，负载电阻设有3个，滤波电感设有3个，功率开关管设有12个。3.根据权利要求1所述的模型预测系统，其特征在于，所述功率开关管为IGBT开关管。4.一种模型预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，采集三相电网数据，所述三相电网数据包括三相电网电压、三相电网电流和电容电压，并对其进行谐波消除，结合有功功率参考值，进行柔性参考电流计算得到参考电流；步骤二，基于步骤一的三相电网电压、三相电网电流、电容电压和参考电流，利用离散数学模型计算目标函数，之后对目标函数进行优化，得到系统的最优切换状态；步骤三，利用步骤二得到的最优切换状态进行开关状态应用，减小系统的有功功率振荡。5.根据权利要求4所述的模型预测方法，其特征在于，步骤一的具体操作为：采集三相电网电流i
s
、三相电网电压u
sa
、u
sb
、u
sc
和电容电压u
c1
、u
c2
；然后对采集到的三相电网数据进行谐波消除，结合设定的有功功率参考值P
ref
，经柔性参考电流计算得到参考电流i
s-ref
；计算公式如下：u
s
＝(u
sa u
sb u
sc
)
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景文，王依妍，张文倩，周媛，刘嘉欣，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：