NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法技术

本发明专利技术提出了一种NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法，用于解决NPC型三电平VSG桥臂故障后控制策略失效的技术问题；其步骤为：首先，将NPC三电平VSG结构重构为VSG桥臂故障容错结构，并建立故障情况下的预测电流模型以及VSG桥臂故障容错结构的电压矢量；其次，利用传感器采集当前时刻直流侧电容电压，并根据当前时刻直流侧电容电压预测模型下一时刻直流电容电压差；最后，构建具有延时补偿功能的代价函数，并挑选代价函数的最小值对应的电压矢量作为最优电压矢量作用于下一时刻，实现VSG桥臂故障容错运行。在开关器件发生故障后，NPC三电平VSG能容错连续运行，验证了本发明专利技术方法的有效性，提高了VSG运行可靠性。提高了VSG运行可靠性。提高了VSG运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别是指一种NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]风电、光伏发电通过电力电子变换器接入电网，但其随机性与波动性对电网的稳定运行带来了挑战。虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator，VSG)技术克服了新能源发电的低惯量、无阻尼的缺点，提高了电网对新能源的消纳能力，促进了“双碳”政策的贯彻落实。然而VSG在能量转换和传输中的可靠性直接影响电网稳定运行，因此VSG桥臂故障容错技术研究受到越来越多专家学者关注。
[0003]Beck教授根据同步发电机特性提出虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator，VSG)技术，根据预设功率和电网参数为并网系统提供控制参考变量，加强电网扰动应对能力，使并网系统有自我恢复能力。文献[阳建,刘勇,盘宏斌,等.基于虚拟同步机的微网逆变器无频差控制[J].电网技术,2016,40(07):2001
‑
2008.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：分析NPC三电平VSG单相桥臂发生故障时的运行机理，将NPC三电平VSG结构重构为VSG桥臂故障容错结构；步骤二：建立NPC三电平VSG单相桥臂发生故障情况下的预测电流模型，并构建VSG桥臂故障容错结构的电压矢量；步骤三：利用传感器采集k时刻直流侧电容电压，并根据k时刻直流侧电容电压预测模型k+2时刻直流电容电压差；步骤四：根据预测电流模型和k+2时刻直流电容电压差构建具有延时补偿功能的代价函数，并挑选代价函数的最小值对应的电压矢量作为最优电压矢量作用于k+1时刻，实现VSG桥臂故障容错运行。2.根据权利要求1所述的NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法，其特征在于，所述NPC三电平VSG单相桥臂发生故障时的运行机理为：当NPC三电平并网变换器桥臂故障时，快速熔断器F
n1
和F
n2
熔断故障桥臂，导通对应双向晶闸管T
rn
，将故障相通过滤波电感连接到直流侧电容中点，进而将NPC三电平VSG结构重构为VSG桥臂故障容错结构；其中，n＝a，b，c。3.根据权利要求1所述的NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法，其特征在于，所述VSG桥臂故障容错结构的功能包括有功
‑
调频、无功
‑
调压、输出参考电流三类功能模块；调节机械转矩T
m
和电磁转矩T
e
实现有功
‑
调频；给定无功功率Q
set
、电网无功功率Q和电压差值构成无功
‑
调压；根据VSG虚拟电势和端电压差值产生输出参考电流；表达式如下：式中，J表示VSG转动惯量；表示VSG角频率；表示VSG角加速度；D
p
表示电压下垂系数；P
set
表示给定有功功率；M
f
表示励磁绕组和三相定子线圈之间最大互感；θ表示VSG转动角度；i
f
表示转子励磁电流，i表示三相电流，i
αβ_ref
表示参考电流，u
abc
表示三相电压，R表示滤波电感寄生电阻，ω表示角频率，L表示滤波电感，j表示虚部符号。4.根据权利要求1所述的NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制方法，其特征在于，所述预测电流模型的构建方法为：由NPC三电平VSG结构可知NPC三电平并网变换器电压方程：式中，u
αβ
＝[u
α
，u
β
]
T
，u
a
和u
β
表示变换器在αβ坐标系下输出电压；i
αβ
＝[i
α
，i
β
]
T
，i
a
和i
β
表示变换器输出电流；e
αβ
＝[e
a
，e
β
]
T
，e
α
和e
β
表示电网电压；R表示滤波电感寄生电阻，L表示滤波电感；
将NPC三电平并网变...

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