一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法技术

本申请涉及并网逆变器技术领域，提供一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法。本申请首先通过建立T型三电平逆变器数学模型，将采样数据变换坐标系，获得逆变器侧电感电流采样值、电网侧电感电流采样值、电容两端电压采样值和电网侧电压采样值；然后计算参考电压矢量；再确定参考电压矢量角度：即计算参考电压矢量与α轴的角度，并根据参考电压矢量角度确定参考电压矢量所在扇区，以及将参考电压矢量所在扇区的全部开关状态作为待选开关状态；最后采用FCS

【技术实现步骤摘要】
一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法


[0001]本申请涉及并网逆变器
，尤其涉及一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]随着工业化的发展，化石能源消耗量逐渐增加，其储量也日益降低，提高可再生能源利用率相应地对遏制能源衰竭起着重要作用。在可再生能源中，太阳能发电和风能发电是极其重要的一类。并网逆变器作为将太阳能发电设备的直流发电转变为交流电并入电网中的重要设备，对交流电的质量起着决定性作用，其运行性能直接影响到电网的稳定性。传统的并网逆变器主要采用两电平结构，其优点在于结构简单，且控制措施不复杂，但两电平并网逆变器无法广泛适用于高电压、大功率场合。
[0003]而T型三电平结构主要应用于中高压、大功率场合，相对于传统的两电平结构，其输出波形更近似于正弦波，电流电压谐波分量低；加之，T型三电平结构采用开关器件较少，器件电压等级降低，开关损耗小，且逆变效率高，故而能在很大程度上改善并网电能质量，提高并网效果。因此，T型三电平并网逆变器已成为当前三电平逆变器的主流研究对象。
[0004]随着数字处理器计算能力的提高，模型预测控制技术以其原理简单、鲁棒性高、电流跟踪效果好且适用于多变量非线性系统等优点，逐步被应用到并网逆变器控制策略中。其中，有限控制集模型预测控制(finite control set
‑
model predictive control，FCS
‑
MPC)方法能灵活利用逆变器的离散特性，并通过选取使目标函数最小值实现对逆变器的控制，且无需调制器，因而使用频率越来越高。但是，传统的有限集模型预测控制方法存在延时、计算量大的问题，进而对T型三电平并网逆变器的并网电压质量产生不良影响。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，解决传统有限集模型预测控制方法存在延时、计算量大的问题，进而影响到T型三电平并网逆变器的并网电压质量，本申请旨在提供一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，以降低计算量，减少延时和谐波，提高并网电压质量。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，通过首先建立常规T型三电平逆变器数学模型，然后确定待选开关状态；再采用常规FCS
‑
MPC方法，从待选开关状态中选取最优开关状态赋入开关器件中，以控制开关器件通断。所述确定待选开关状态的过程具体包括以下步骤：
[0007]步骤S11：根据所述常规T型三电平逆变器数学模型的需求，获取k时刻的采样数据，并将所述采样数据从三相ABC坐标系转换到αβ坐标系，获得k时刻的逆变器侧电感电流采样值、电网侧电感电流采样值、电容两端电压采样值和电网侧电压采样值。
[0008]步骤S12：根据所述逆变器侧电感电流采样值、所述电网侧电感电流采样值、所述电容两端电压采样值和所述电网侧电压采样值，获得参考电压矢量。
[0009]步骤S13：根据所述参考电压矢量，确定参考电压矢量角度。
[0010]步骤S14：根据所述参考电压矢量角度，确定参考电压矢量所在扇区，并将所述参考电压矢量所在扇区内的开关状态作为待选开关状态。
[0011]进一步的，根据下式，计算获得所述参考电压矢量：
[0012][0013]式中，和为k+1时刻参考电压矢量在αβ坐标系下的坐标值，和为k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值，i
1α
(k+1)和i
1β
(k+1)为k+1时刻逆变器输出电流，u
Cα
(k+1)和u
Cβ
(k+1)为k+1时刻电容两端电压值，L1为逆变器侧电感，T
s
为采样周期，R1为逆变器侧内阻。
[0014]进一步的，根据所述参考电压矢量，采用下述公式确定参考电压矢量角度：
[0015][0016]式中，θ
u
为参考电压矢量与α轴的角度。
[0017]进一步的，采用相角补偿法获得所述k+1时刻参考电压矢量在αβ坐标系下的坐标值，以及获得所述k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值。
[0018]进一步的，按照下述公式计算所述k+1时刻及k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值：
[0019][0020][0021][0022][0023]进一步的，所述常规FCS
‑
MPC方法的具体步骤为：
[0024]步骤S21：初始化目标函数的设定值为无穷大。
[0025]步骤S22：对于每个待选开关状态，计算k+1时刻的逆变器侧电感电流预测值和直流侧电容电压预测值。
[0026]步骤S23：根据所述k+1时刻的逆变器侧电感电流预测值和直流侧电容电压预测值，获得k+2时刻的逆变器侧电感电流预测值和直流侧电容电压预测值。
[0027]步骤S24：根据所述k+2时刻的逆变器侧电感电流预测值和直流侧电容电压预测值，获得当前开关状态下的目标函数值。
[0028]步骤S25：将所述当前开关状态下的目标函数值与所述目标函数的设定值进行比较，如果所述当前开关状态下的目标函数值小于所述目标函数的设定值，则更新所述目标函数的设定值为所述当前开关状态下的目标函数值。
[0029]步骤S26：重复执行步骤S22～S25，遍历所有待选开关状态，将所述当前开关状态下的目标函数值中最小值对应的开关状态作为最优开关状态。
[0030]进一步的，按照下述公式计算k+1时刻的逆变器侧电感电流预测值和直流侧电容电压预测值：
[0031][0032][0033][0034][0035]式中，L2为电网侧电感，R2为电网侧内阻；u
α
(k)和u
β
(k)分别为k时刻逆变器三相输出电压在αβ坐标系下的电压值；C1和C2分别为电网侧电容C1和电容C2的电容值；和分别为电网侧电容C1和电容C2在k时刻的电压值；和分别为电网侧电容C1和电容C2在k时刻的电流值。
[0036]进一步的，按照下述公式计算k+2时刻的逆变器侧电感电流预测值和直流侧电容电压预测值：
[0037][0038][0039][0040][0041]式中：u
α
(k+1)和u
β
(k+1)分别为逆变器三相输出电压在αβ坐标系下k+1时刻的电压值；和分别为电网侧电容C1和电容C2在k+1时刻的电压值；和分别为电网侧电容C1和电容C2在k+1时刻的电流值。
[0042]进一步的，采用下述公式计算当前开关状态下的目标函数值：
[0043][0044]式中，g为目标函数，λ1为电流预测权重因子，λ2为电压预测权重因子。
[0045]本申请提供一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，首先通过建立T型三电平逆变器数学模型，将采样数据变换坐标系，获得逆变器侧电感电流采样值、电网侧电感电流采样值、电容两端电压采样值和电网侧电压采样值；然后计算参考电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，所述快速有限集模型预测控制方法通过先建立常规T型三电平逆变器数学模型，再采用常规FCS
‑
MPC方法，从多个开关状态中选取最优开关状态赋入开关器件中，以控制开关器件通断，其特征在于，在所述采用常规FCS
‑
MPC方法之前，需确定待选开关状态，所述确定待选开关状态的过程包括：根据所述常规T型三电平逆变器数学模型的需求，获取k时刻的采样数据，并将所述采样数据从三相ABC坐标系转换到αβ坐标系，获得k时刻的逆变器侧电感电流采样值、电网侧电感电流采样值、电容两端电压采样值和电网侧电压采样值；根据所述逆变器侧电感电流采样值、所述电网侧电感电流采样值、所述电容两端电压采样值和所述电网侧电压采样值，获得参考电压矢量；根据所述参考电压矢量，确定参考电压矢量角度；根据所述参考电压矢量角度，确定参考电压矢量所在扇区，并将所述参考电压矢量所在扇区内的开关状态作为待选开关状态。2.根据权利要求1所述的一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，其特征在于，根据下式，计算所述参考电压矢量：式中，和为k+1时刻参考电压矢量在αβ坐标系下的坐标值，和为k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值，i
1α
(k+1)和i
1β
(k+1)为k+1时刻逆变器输出电流，u
Cα
(k+1)和u
Cβ
(k+1)为k+1时刻电容两端电压值，L1为逆变器侧电感，T
s
为采样周期，R1为逆变器侧内阻。3.根据权利要求2所述的一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，其特征在于，根据所述参考电压矢量，采用下述公式确定参考电压矢量角度：式中，θ
u
为参考电压矢量与α轴的角度。4.根据权利要求2或3所述的一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，其特征在于，采用相角补偿法获得所述k+1时刻参考电压矢量在αβ坐标系下的坐标值，以及获得所述k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值。5.根据权利要求4所述的一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，其特征在于，按照下述公式计算所述k+1时刻及k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值：k+1时刻及k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值：k+1时刻及k+2时刻逆变器输出电流在α轴和β轴的给定值：
6.根据权利要求1所述的一种T型逆变器快速有限集模型预测控制方法，其特征在于，所述常规FCS
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【专利技术属性】
技术研发人员：奚鑫泽，邢超，李胜男，马红升，孟贤，何鑫，向川，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：