并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法，先确定并网逆变器的离散功率预测模型，对于每一个有效电压矢量，通过上述离散功率预测模型预测下一时刻的功率预测值；根据价值函数选取差值g最小的有效电压矢量作为第一个电压矢量；将其他五种有效电压矢量作为备选矢量，并与第一个电压矢量和零电压矢量组合，得到五组期望电压矢量；对于每组期望电压矢量，确定各矢量的作用时间；计算每组期望电压矢量在两相静止坐标系下的分量，并通过离散功率预测模型计算有功功率和无功功率的功率预测值；根据价值函数选取差值g最小的期望电压矢量进行空间矢量脉宽调制。本发明专利技术具有电流谐波含量低，功率脉动较小，鲁棒性强等优点。强等优点。强等优点。

【技术实现步骤摘要】
并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法


[0001]本专利技术涉及电网并网
，特别的涉及并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法。

技术介绍

[0002]分布式能源以分散型、小规模的方式在用户旁就近布置，能够独立输送能源，与大电网等集中型能源供应方式相比，其能源利用率高，对环境友好，故越来越多地受到人们关注。而困扰分布式能源发展重要因素为并网问题，为将其更高效地应用，并网逆变器作为将能源输入电网的核心装备受到学者们重视。并网逆变器控制性能直接关系着并网电能质量，多年来对其控制策略的改进一直是研究热点。模型预测直接功率控制(Model Predictive Direct Power Control，MPDPC)控制逻辑简单，动态响应快，价值函数设计灵活，能够较好地处理系统非线性约束。MPDPC与传统直接功率控制相比，不仅无需繁琐的PI参数设计，而且通过功率预测模型选择最优开关矢量，解决了传统直接功率控制由启发式开关表选取矢量的不精确性。
[0003]目前，单矢量模型预测控制应用较为广泛，虽然该控制策略有着诸多优点，但由于其输出电压矢量直接在七种基本电压矢量中选取，方向与幅值均不可调，且在单个控制周期内仅作用一个电压矢量，控制精度不高。双矢量模型预测控制是在单矢量预测控制的基础上增加了一个电压矢量。占空比模型预测控制是双矢量模型预测控制的一种，该控制策略将一个有效电压矢量与零电压矢量进行组合作用在当前控制周期，其中第二个电压矢量固定为零电压矢量，故在每个控制周期中只可选择六个固定方向的电压矢量。为此，文献《考虑预测误差的改进双矢量模型预测电流控制》(电气传动，2018)和《改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法》(电力自动化设备，2019)中提出的双矢量模型预测控制在分配两个电压矢量的作用时间时遵循无差拍控制的方式，其输出电压矢量的覆盖范围在一定程度上得到了扩大，但当两个电压矢量均为有效电压矢量时，其输出电压矢量的幅值不可调，使输出电压矢量覆盖范围仍受限，且仅对无功功率实现了无差拍控制，有功功率脉动仍较大。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种输出矢量方向与幅值均可调，且采用有功、无功功率无差拍控制的方式来计算矢量作用时间，有利于提高控制精度，降低电流谐波含量和功率脉动，提高鲁棒性的并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]一种并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1、先确定并网逆变器在两相静止坐标系下的离散功率预测模型：
[0008][0009]式中：p(k+1)、q(k+1)为有功功率与无功功率的下一时刻的预测值；p(k)、q(k)为当前时刻的有功功率与无功功率；T
s
为控制周期，L、R分别为电压源型PWM并网逆变器的滤波电感和线路电阻，e
α
、e
β
、i
α
、i
β
分别为电网电压与网侧电流在两相静止坐标系下的分量；u
α
、u
β
为逆变器输出电压在两相静止坐标系下的分量；p为有功功率，q为无功功率；
[0010]S2、确定第一个电压矢量：对于每一个有效电压矢量，分别根据两相静止坐标系下的当前时刻电压和电流计算出当前时刻功率，通过上述离散功率预测模型预测下一时刻的功率预测值；根据价值函数计算下一时刻的功率预测值与功率给定值之间的差值g，选取差值g最小的有效电压矢量作为第一个电压矢量；其中，价值函数为：
[0011]g＝|p*
‑
p(k+1)|+|q*
‑
q(k+1)|
[0012]式中，p*、q*为有功功率与无功功率的给定值；
[0013]S3、确定各矢量的作用时间：将其他五种有效电压矢量作为第二个电压矢量的备选矢量，并分别与第一个电压矢量和零电压矢量组合，得到五组期望电压矢量；对于每组期望电压矢量，确定各矢量的作用时间为：
[0014][0015]式中：s
q1
、s
q2
、s
qz
分别为在第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用下的无功功率斜率；s
p1
、s
p2
、s
pz
分别为在第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用下有功功率的斜率；t1、t2、t
z
分别为第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量的作用时间；
[0016]S4、计算每组期望电压矢量在两相静止坐标系下的分量：
[0017][0018][0019]式中：u
α1
、u
β1
、u
α2
、u
β2
、u
αz
、u
βz
分别为第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量在两相静止坐标系下的分量；
[0020]并通过离散功率预测模型计算有功功率和无功功率的下一时刻的功率预测值；
[0021]S5、对于每组期望电压矢量，通过价值函数分别计算下一时刻的功率预测值与功率给定值之间的差值g，选取差值g最小的期望电压矢量所对应的备选矢量和零电压矢量作为第二个电压矢量和零电压矢量；
[0022]将第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量分别按照对应的作用时间进行
空间矢量脉宽调制。
[0023]进一步的，步骤S3中，判断t1、t2和t
z
是否在0～T
s
范围内：
[0024]若t1、t2和t
z
均在0～T
s
范围内，则直接将第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用于当前控制周期；
[0025]若t1和t2均在0～T
s
范围内，且t
z
未在0～T
s
范围内，则令t
z
＝0后，将第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用于当前控制周期；
[0026]若t1和t2中仅一个在0～T
s
范围内，且t
z
在0～T
s
范围内，则令未在0～T
s
范围内的t1或t2为0后，将第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用于当前控制周期；
[0027]若t1和t2中仅一个在0～T
s
范围内，且t
z
未在0～T
s
范围内，则令未在0～T
s
范围内的t1或t2为0，且t
z
＝0后，将第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用于当前控制周期。
[0028]综上所述，本专利技术具有如下优点：
[0029]1、输出电压矢量的幅值可调，使输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、先确定并网逆变器在两相静止坐标系下的离散功率预测模型：式中：p(k+1)、q(k+1)为有功功率与无功功率的下一时刻的预测值；p(k)、q(k)为当前时刻的有功功率与无功功率；T
s
为控制周期，L、R分别为电压源型PWM并网逆变器的滤波电感和线路电阻，e
α
、e
β
、i
α
、i
β
分别为电网电压与网侧电流在两相静止坐标系下的分量；u
α
、u
β
为逆变器输出电压在两相静止坐标系下的分量；p为有功功率，q为无功功率；S2、确定第一个电压矢量：对于每一个有效电压矢量，分别根据两相静止坐标系下的当前时刻电压和电流计算出当前时刻功率，通过上述离散功率预测模型预测下一时刻的功率预测值；根据价值函数计算下一时刻的功率预测值与功率给定值之间的差值g，选取差值g最小的有效电压矢量作为第一个电压矢量；其中，价值函数为：g＝|p*
‑
p(k+1)|+|q*
‑
q(k+1)|式中，p*、q*为有功功率与无功功率的给定值；S3、确定各矢量的作用时间：将其他五种有效电压矢量作为第二个电压矢量的备选矢量，并分别与第一个电压矢量和零电压矢量组合，得到五组期望电压矢量；对于每组期望电压矢量，确定各矢量的作用时间为：式中：s
q1
、s
q2
、s
qz
分别为在第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用下的无功功率斜率；s
p1
、s
p2
、s
pz
分别为在第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量作用下有功功率的斜率；t1、t2、t
z
分别为第一个电压矢量、第二个电压矢量和零电压矢量的作用时间；S4、计算每组期望电压矢量在两相静止坐标系下的分量：S4、计算每组期望电压矢量在两相静止坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯波，刘述喜，贾勇，钟加勇，杨佳，郭强，陈艳，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：