一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法技术

本发明专利技术提出了一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，用于解决变换器的电流传感器故障后能容错运行的问题。其步骤为：首先，根据直流侧电容电压以及历史存储信号计算中点电流；其次，根据直流母线电流和中点电流重构三相电流；然后，根据电网电压、三相电流、变换器输出电压计算预测功率；最后，以预测功率与参考功率误差绝对值及直流侧电容电压差值为依据构建代价函数，将各个电压矢量预测功率带入代价函数选择最小的电压矢量作为最优电压矢量并应用于下一时刻。本发明专利技术方法能在NPC三电平并网变换器网侧电流传感器全故障后容错运行，提高了并网系统可靠性。提高了并网系统可靠性。提高了并网系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子技术中的故障检测领域，特别是指一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]中点钳位型(Neutral Point Clamped，NPC)变换器在新能源并网领域备受关注，然而其控制系统的电流传感器故障会降低并网变换系统的稳定性。因此，提高变换系统可靠性，实现变换系统网侧电流传感器故障后容错运行是一个亟待解决的问题。
[0003]针对电流传感器故障后电流重构问题，文献[伍文俊,魏选,王文轩,等.NPC三电平双PWM变换器直流母线电流的重构[J].电力自动化设备,2019,39(10):130
‑
135.]高频化NPC三电平变换器直流母线电流信号，依据功率平衡理论重构直流母线电流。但该方法仅考虑直流母线电流参与电流前馈，未考虑负载侧电流传感器故障的情况。文献[王文杰,闫浩,邹继斌,等.基于混合脉宽调制技术的永磁同步电机过调制区域相电流重构策略[J].中国电机工程学报,2021,41(17):6050
‑
6060.]以两电平并网变换器为研究对象，将测量矢量脉冲插入每个PWM周期的中间和开端，保证了传统SVPWM的对称性，有效提高了变换系统性能。但三电平变换器电流传感器故障容错控制策略还未深入研究。

技术实现思路

[0004]针对NPC三电平并网变换器电网侧电流传感器全故障会降低并网变换系统的稳定性的技术问题，本专利技术提出了一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，利用直流母线电流和中点电流重构三相电流，并设计中点电流预测模型计算中点电流；在电流传感器故障后能快速实现容错运行。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，其步骤如下：
[0007]S1：采集电网电压e
abc
(k)、直流母线电流i
dc
(k)、直流侧电容电压u
c1
(k)、u
c2
(k)；读取历史存储信号i
o
‑
n
‑1和i
o
‑
n
‑2；
[0008]S2：根据直流侧电容电压u
c1
(k)、u
c2
(k)计算k
‑
1时刻的中点电流i
o
(k
‑
1)，并结合历史存储信号i
o
‑
n
‑1和i
o
‑
n
‑2计算k时刻的中点电流i
o
(k)；
[0009]S3：根据直流母线电流i
dc
(k)和k时刻的中点电流i
o
(k)重构三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)；
[0010]S4：分别将电网电压e
abc
(k)、三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)、变换器输出电压u
abc
(k)经过Clark变换到αβ坐标系中，并经功率预测模型计算预测功率P(k+1)和Q(k+1)；
[0011]S5：以预测功率与参考功率误差绝对值及直流侧电容电压差值为依据构建代价函数，将各个电压矢量预测功率带入代价函数选择最小的电压矢量作为最优电压矢量并应用于下一时刻；
[0012]S6：在k+1时刻记录实际中点电流i
o
(k)并存储，供下一时刻选用。
[0013]所述k
‑
1时刻的中点电流i
o
(k
‑
1)的计算方法为：
[0014][0015]式中：C为电容值，T为采样时间，u
c1
(k)为k时刻的直流侧上电容电压，u
c1
(k
‑
1)为k
‑
1时刻的直流侧上电容电压，u
c2
(k)为k时刻的直流侧下电容电压，u
c2
(k
‑
1)为k
‑
1时刻的直流侧下电容电压。
[0016]所述k时刻的中点电流i
o
(k)的计算方法为：
[0017]i
o
(k)＝i
o
(k
‑
1)+
△
i
o
ꢀꢀ
(2)；
[0018]式中：Δi
o
表示上一次使用开关状态n时的中点电流实际增量，其表达式为：
[0019]△
i
o
‑
n
＝i
o
‑
n
‑1‑
i
o
‑
n
‑2ꢀꢀ
(3)；
[0020]式中：i
o
‑
n
‑1当前时刻的前一次使用开关状态n时产生的中点电流，i
o
‑
n
‑2表示当前时刻的前两次使用开关状态n时产生的中点电流。
[0021]所述三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)的重构方法为：
[0022]使用电容伏安特性对直流母线电流和中点电流进行电流重构；中点电流与开关状态的关系如式(4)，直流母线电流和三相电流对应关系如式(5)，电源负极支路电流与三相电流对应关系如式(6)，分别表示如下：
[0023][0024][0025][0026]式中：S
a
，S
b
，S
c
为三相开关状态值；i
dc
为直流母线电流；
[0027]联合式(4)、式(5)和式(6)可推得当且仅当ABC三相桥臂开关状态两两相异时有唯一解，重构三相电流如下表所示；
[0028]表 重构三相电流
[0029][0030][0031]所述预测功率P(k+1)和Q(k+1)的计算方法为：
[0032]分别将电网电压e
abc
(k)、三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)、变换器输出电压u
abc
(k)经过Clark变换到aβ坐标系中，离散化后得到：
[0033][0034]式中：i
αβ
(k+1)为k+1时刻的并网电流；u
αβ
(k)为k时刻的变换器输出电压；e
αβ
(k)为k时刻的电网电压；L为滤波电感；R为电阻；T为采样周期；
[0035]由瞬时功率理论得电网侧功率：
[0036][0037]式中：P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，其特征在于，其步骤如下：S1：采集电网电压e
abc
(k)、直流母线电流i
dc
(k)、直流侧电容电压u
c1
(k)、u
c2
(k)；读取历史存储信号i
o
‑
n
‑1和i
o
‑
n
‑2；S2：根据直流侧电容电压u
c1
(k)、u
c2
(k)计算k
‑
1时刻的中点电流i
o
(k
‑
1)，并结合历史存储信号i
o
‑
n
‑1和i
o
‑
n
‑2计算k时刻的中点电流i
o
(k)；S3：根据直流母线电流i
dc
(k)和k时刻的中点电流i
o
(k)重构三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)；S4：分别将电网电压e
abc
(k)、三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)、变换器输出电压u
abc
(k)经过Clark变换到αβ坐标系中，并经功率预测模型计算预测功率P(k+1)和Q(k+1)；S5：以预测功率与参考功率误差绝对值及直流侧电容电压差值为依据构建代价函数，将各个电压矢量预测功率带入代价函数选择最小的电压矢量作为最优电压矢量并应用于下一时刻；S6：在k+1时刻记录实际中点电流i
o
(k)并存储，供下一时刻选用。2.根据权利要求1所述的NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，其特征在于，所述k
‑
1时刻的中点电流i
o
(k
‑
1)的计算方法为：式中：C为电容值，T为采样时间，u
c1
(k)为k时刻的直流侧上电容电压，u
c1
(k
‑
1)为k
‑
1时刻的直流侧上电容电压，u
c2
(k)为k时刻的直流侧下电容电压，u
c2
(k
‑
1)为k
‑
1时刻的直流侧下电容电压。3.根据权利要求1或2所述的NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，其特征在于，所述k时刻的中点电流i
o
(k)的计算方法为：i
o
(k)＝i
o
(k
‑
1)+
△
i
o
ꢀꢀ
(2)；式中：Δi
o
表示上一次使用开关状态n时的中点电流实际增量，其表达式为：
△
i
o
‑
n
＝i
o
‑
n
‑1‑
i
o
‑
n
‑2ꢀꢀ
(3)；式中：i
o
‑
n
‑1当前时刻的前一次使用开关状态n时产生的中点电流，i
o
‑
n
‑2表示当前时刻的前两次使用开关状态n时产生的中点电流。4.根据权利要求1所述的NPC变换器电流传感器故障模型预测控制方法，其特征在于，所述三相电流i
a
(k)、i
b
(k)、i
c
(k)的重构方法为：使用电容伏安特性对直流母线电流和中点电流进行电流重构；中点电流与开关状态的关系如式(4)，直流母线电流和三相电流对应关系如式(5)，电源负极支路电流与三相电流对应关系如式(6)，分别表示如下：对应关系如式(6)，分别表示如下：对应关系如式(6)，分别表示如下：式中：S
a
，S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金楠，郭磊磊，肖晗，潘超，武洁，李琰琰，夏英巽，谢欢，代东任，侯智文，樊武闯，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：