基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法技术

本申请公开了一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法。包括以下步骤：将并网逆变器三相并网电压、三相并网电流通过Clark坐标转换，得到α

【技术实现步骤摘要】
基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法


[0001]本公开一般涉及三相两电平逆变器控制
，尤其涉及基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法。

技术介绍

[0002]模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是上世纪70年代提出的一种计算控制算法，其具有简单直观、易于建模、易于增加约束、鲁棒性强等优点。有限集模型预测控制(Finite Control Set
‑
Model Predictive Control,FCS
‑
MPC)为模型预测控制在电力电子、电机驱动等领域的应用类别。FCS
‑
MPC控制系统稳定性问题，可分为小信号稳定性和大信号稳定性，前者只能保证工作点附近的系统稳定性，无法实现大干扰信号的稳定。
[0003]然而，目前基于Lyapunov函数方法来实现有限集模型预测控制系统大信号稳定也存在一些问题。首先因控制矢量集有限，寻优策略有时找不到满足Lyapunov函数的控制矢量；其次，多数情况找到的满足Lyapunov函数也不是模型预测控制中目标函数最小的最优矢量或次优矢量，导致控制性能下降，如电流质量下降，甚至出现畸变。因此，我们提出一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法，用以解决上述的控制矢量难以满足Lyapunov函数，控制性能下降的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种有效提高系统稳定性，改善电流质量的基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法。
[0005]第一方面，本申请提供一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法，包括以下步骤：
[0006]将并网逆变器三相并网电压、三相并网电流通过Clark坐标转换，得到α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量；
[0007]以设定时间间隔获取采样周期内并网逆变器在不同开关状态下对应的实际电压矢量；
[0008]利用实际电压矢量计算虚拟电压矢量；
[0009]利用所述虚拟电压矢量与所述实际电压矢量构成备用电压矢量集；
[0010]通过初始时刻k的电压分量、电流分量以及备用电压矢量集中的电压矢量，计算k+1时刻的预测电流值；
[0011]将预测电流值输入Lyaponov控制函数中，判断预测电流值是否满足稳定性要求；
[0012]当预测电流值满足稳定性要求时，利用有限集模型控制目标函数的最小值确定最优开关状态S
opt
(k+1)，即k+1时刻的最优电压矢量u(k+1)和开关状态S
x
(k+1)；
[0013]当预测电流值不满足稳定性要求时，按照遍历法，寻找目标函数值最小的最优开关状态S
opt
(k+1)，作为最终的最优开关状态；
[0014]控制并网逆变器处于最优开关状态。
[0015]根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法将并网逆变器三相并网电压、三相并网电流通过Clark坐标转换，得到α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量，具体包括：
[0016]采集并网逆变器的三相并网电压、三相并网电流；
[0017]通过Clark坐标转换将三相并网电压、三相并网电流转变为α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量；
[0018]根据以下公式计算电压分量、电流分量：
[0019][0020]其中，i为输出电流，u为输出电压，R为负载，L为滤波电感，e为并网电压。
[0021]根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法利用实际电压矢量计算虚拟电压矢量，具体包括：
[0022]由至少两个实际电压矢量在一个采样周期内通过分配每个矢量不同作用时间合成：
[0023][0024][0025]其中，T
s
为采样周期，ν
vir
为虚拟电压矢量，ν
real
为实际电压矢量。
[0026]根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式计算k+1时刻的预测电流值：
[0027][0028][0029]其中，i
α
(k+1)、i
β
(k+1)为k+1时刻的预测电流值。
[0030]根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法将预测电流值输入Lyaponov控制函数中，判断预测电流值是否满足稳定性要求，具体包括：
[0031]根据Lyaponov直接法构造变量误差的Lyaponov函数：
[0032][0033]对公式(5)求偏导，得到
[0034][0035]其中，i
*α
(k+1)、i
*β
(k+1)分别为k+1时刻的电流参考值，i
α
、i
β
为k+1时刻的预测电流值；
[0036]将k+1时刻的电流值输入至Lyaponov函数，根据稳定性判据判断并网逆变器的稳定性。
[0037]根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下方法利用有限集模型控制目标函数
的最小值确定最优开关状态S
opt
(k+1)，具体包括：
[0038]根据以下公式计算有限集模型控制目标函数：
[0039][0040]其中，i
*α
(k+1)、i
*β
(k+1)分别为k+1时刻的参考值；
[0041]初始判别参数λ设为0，初始循环次数n设为0，目标函数值g
out
设为∞；
[0042]将判别参数λ与循环次数n设为预定值，利用目标函数(7)确定最小值，即g
out
＝g确定为最优开关状态S
opt
(k+1)。
[0043]综上所述，本申请具体地公开了一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法的具体流程。本申请通过将并网逆变器三相并网电压、三相并网电流通过Clark坐标转换，得到α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量；以设定时间间隔获取采样周期内并网逆变器在不同开关状态下对应的实际电压矢量；利用实际电压矢量计算虚拟电压矢量；利用虚拟电压矢量与实际电压矢量构成备用电压矢量集；通过初始时刻k的电压分量、电流分量以及备用电压矢量集中的电压矢量，计算k+1时刻的预测电流值；将预测电流值输入Lyaponov控制函数中，判断预测电流值是否满足稳定性要求；通过引入虚拟电压矢量满足Lyaponov准则函数，在大扰动情况下降低三相电流畸变、减小直流侧电压振荡和参数不匹配时对直流侧电压、三相电流影响；当预测电流值满足稳定性要求时，利用有限集模型控制目标函数的最小值确定最优开关状态S
opt
(k+1)，即k+1时刻的最优电压矢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法，其特征在于，包括以下步骤：将并网逆变器三相并网电压、三相并网电流通过Clark坐标转换，得到α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量；以设定时间间隔获取采样周期内并网逆变器在不同开关状态下对应的实际电压矢量；利用实际电压矢量计算虚拟电压矢量；利用所述虚拟电压矢量与所述实际电压矢量构成备用电压矢量集；通过初始时刻k的电压分量、电流分量以及备用电压矢量集中的电压矢量，计算k+1时刻的预测电流值；将预测电流值输入Lyaponov控制函数中，判断预测电流值是否满足稳定性要求；当预测电流值满足稳定性要求时，利用有限集模型控制目标函数的最小值确定最优开关状态S
opt
(k+1)，即k+1时刻的最优电压矢量u(k+1)和开关状态S
x
(k+1)；当预测电流值不满足稳定性要求时，按照遍历法，寻找目标函数值最小的最优开关状态S
opt
(k+1)，作为最终的最优开关状态；控制并网逆变器处于最优开关状态。2.根据权利要求1所述的一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法，其特征在于，根据以下方法将并网逆变器三相并网电压、三相并网电流通过Clark坐标转换，得到α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量，具体包括：采集并网逆变器的三相并网电压、三相并网电流；通过Clark坐标转换将三相并网电压、三相并网电流转变为α
‑
β坐标下初始时刻k的电压分量、电流分量；根据以下公式计算电压分量、电流分量：其中，i为输出电流，u为输出电压，R为负载，L为滤波电感，e为并网电压。3.根据权利要求1所述的一种基于Lyapunov准则的逆变器模型预测控制大信号稳定性方法，其特征在于，根据以下方法利用实际电压矢量计算虚拟电压矢量，具体包括：由至少两个实际电压矢量在一个采样周期内通过分配每个矢量不同作用时间合成：由至少两个实际电压矢量在一个采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志国，唐圣学，宋晓，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：