一种储能变流器预测控制方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种储能变流器预测控制方法、装置及存储介质。本发明专利技术将量测变量经坐标变换转换到α

【技术实现步骤摘要】
一种储能变流器预测控制方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及储能变流器控制领域，尤其涉及一种储能变流器预测控制方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]大力开发、利用新能源是我国“双碳”目标的必由之路。随着新能源渗透率不断提升，传统电力系统的动态特性和运行模式发生了深刻变化。以光伏、风电为代表的新能源存在天然的波动性和随机性，发电与用电曲线难以实时吻合，“源
‑
荷”存在不平衡现象。储能系统是平抑新能源波动性、提升其消纳率的有效手段。同时，当主网出现故障时，或在海岛、沙漠等电力系统难以覆盖的偏远地区，储能及其接口变流装备可以构建稳定的电压和频率，为本地关键负荷可靠供电。
[0003]现有的构网型储能变流器控制策略主要采用比例
‑
谐振控制器结合有源阻尼技术，实现输出电压的准确跟踪。具体地，输出电压的参考值与反馈值做差，将误差值送入比例
‑
谐振控制器，其输出与有源阻尼项相减，以此获得构网型储能变流器的电压参考值。该参考值通过脉宽调制(Plus Width Modulation,PWM)环节生成功率开关器件的触发信号，驱动变流器工作。近年来，有方案提出了构网型储能变流器的预测控制方法。该方法首先构建构网型变流器的离散域数学模型，结合该数学模型，通过遍历变流器的有限个开关状态，预测输出电压在未来时刻的轨迹。以输出电压参考值与预测值之差的平方和设计代价函数并评估有限个开关状态对应的代价函数值，将使代价函数最小的开关状态定义为最优开关状态，并施加于变流器。上述过程在每个开关状态中循环往复。针对主流的比例谐振控制器结合有源阻尼的控制策略，在进行控制参数设计时，需首先保证系统的稳定性。通常利用频域分析工具(如bode图、Nyquist曲线等)结合线性系统的稳定判据，对控制器参数进行迭代优化。构网型储能变流器的数字控制系统存在固有的延时环节，该环节导致系统的开环传递函数的相角特性呈现快速衰减的趋势，另一方面，构网型储能变流器的LC滤波器在谐振频率处的幅值增益远高于0dB。因此，控制器的增益较低时，才可以确保系统开环传函具有合理的幅值裕度，确保系统稳定，过大的增益将导致系统失稳。因此，基于比例谐振控制器结合有源阻尼的技术方案，储能变流器动态响应慢，负载突增、突降时，输出电压畸变大。对于构网型储能变流器的预测控制，该方法显著提升了系统的动态性能，减小了负载突增、突降时，输出电压的畸变程度。然而，该方法对被控对象的模型精度要求较高，对采样噪声、参数漂移等外界不确定扰动敏感，上述因素导致输出电压存在稳态误差、电能质量差。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供一种储能变流器预测控制方法、装置及存储介质。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种储能变流器预测控制方法，包括：
[0006]将量测变量经坐标变换转换到α
‑
β坐标系下并进行延时补偿；获取指令中设定的
原输出电压参考值后，将误差补偿参考值与原输出电压参考值求和获得补偿后的修正输出电压参考值；基于修正输出电压参考值计算生成修正的全阶变量参考值；所述测量变量包括三相电感电流、三相电容电压和三相输出电流；遍历变流器中两电平三相桥式功率电路的所有开关状态，计算测量变量预测值，并根据全阶变量参考值和测量变量预测值计算各开关状态下的代价函数，并筛选使得代价函数最小的开关状态序列为最优开关状态序列；将选取的最优开关状态序列的第一个元素经驱动电路施加至变流器。
[0007]更进一步地，获取指令中设定的原输出电压参考值后，将误差补偿参考值与原输出电压参考值求和获得补偿后的修正输出电压参考值包括：获取指令中设定的原输出电压参考值和实际输出电压值并做差得到误差信号；将误差信号输入到比例多谐振控制器计算得到补偿参考值；补偿参考值与原输出电压参考值求和获得补偿后的修正输出电压参考值。
[0008]更进一步地，所述比例多谐振控制器的频域表达式为：
[0009][0010]其中，k
p
为比例系数，k
r,h
(h＝1,3,5,7,9,11)为各谐波谐振项的系数，ω
b
为阻尼带宽，ω0为基波频率。
[0011]更进一步地，将量测变量经坐标变换转换至α
‑
β坐标系下所涉及的坐标变换公式如下：
[0012]x
a
、x
b
和x
c
为测量变量。
[0013]更进一步地，基于修正输出电压参考值计算生成修正的全阶变量参考值包括：补偿数字控制引入的延时，计算修正输出电压参考值在k+2和k+3时刻的全阶参考值：
[0014][0015][0016]其中，Δθ＝ω0T
S
为一个采样周期转过的电角度，T
s
为采样时间；
[0017]根据基尔霍夫电流定律，利用修正输出电压参考值的全阶参考值计算电感电流在k+2和k+3时刻的全阶参考值：
[0018][0019][0020]其中，C
f
为滤波电容容值，和为负载电流。通常在一个采样周期内负载电流变换可忽略，因此下式成立：忽略，因此下式成立：和
[0021]更进一步地，将量测变量经坐标变换转换到α
‑
β坐标系下采用的坐标转换公式为：
[0022]更进一步地，转换到α
‑
β坐标系下的量测变量进行延时补偿的计算方式为：
[0023][0024]其中，x
α
＝[i
α
,v
α
]T
、u
α
和d
α
分别为α轴测量变量、α轴输入变量和α轴负载扰动；x
β
＝i
β
,v
β
]T
、u
β
和d
β
分别为β轴测量变量、β轴输入变量和β轴负载扰动；A为系统矩阵、B为输入矩阵和D为扰动矩阵，且各自形式如下：
[0025]其中，L
f
为滤波电感的电感值，C
f
为滤波电容的电容值，R
f
为与滤波电感串接的电阻阻值，T
s
为采样时间。
[0026]更进一步地，所述代价函数的表达式如下：
[0027][0027][0028]其中，g为代价函数，其中，g为代价函数，为全阶变量参考值；表示以P为权重矩阵的二次型，表示以Q为权重矩阵的二次型，g
c
为过电流对应的惩罚项：
[0029][0030]I
lim
为电流上界；x
α
，x
β
为计算滤波电容电压和滤波电感电流k+2和k+3时刻的预测值：
[0031][0032][0033]第二方面，本专利技术提供一种储能变流器预测控制装置，包括：至少一处理单元，存储单元、第一电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能变流器预测控制方法，其特征在于，包括：将量测变量经坐标变换转换到α
‑
β坐标系下并进行延时补偿；所述测量变量包括三相电感电流、三相电容电压和三相输出电流；获取指令中设定的原输出电压参考值后，将误差补偿参考值与原输出电压参考值求和获得补偿后的修正输出电压参考值；基于修正输出电压参考值计算生成修正的全阶变量参考值；遍历变流器中两电平三相桥式功率电路的所有开关状态，计算测量变量预测值，并根据全阶变量参考值和测量变量预测值计算各开关状态下的代价函数，并筛选使得代价函数最小的开关状态序列为最优开关状态序列；将选取的最优开关状态序列的第一个元素经驱动电路施加至变流器。2.根据权利要求1所述的储能变流器预测控制方法，其特征在于，获取指令中设定的原输出电压参考值后，将误差补偿参考值与原输出电压参考值求和获得补偿后的修正输出电压参考值包括：获取指令中设定的原输出电压参考值和延时补偿后的实际输出电压值并做差得误差信号；将误差信号输入比例多谐振控制器计算得到补偿参考值；补偿参考值与原输出电压参考值求和获得补偿后的修正输出电压参考值。3.根据权利要求2所述的储能变流器预测控制方法，其特征在于，所述比例多谐振控制器的频域表达式为：其中，k
p
为比例系数，k
r,h
(h＝1,3,5,7,9,11)为各谐波谐振项的系数，ω
b
为阻尼带宽，ω0为基波频率。4.根据权利要求1所述的储能变流器预测控制方法，其特征在于，将量测变量经坐标变换转换至α
‑
β坐标系下所涉及的坐标变换公式如下：x
a
、x
b
和x
c
为测量变量。5.根据权利要求1所述的储能变流器预测控制方法，其特征在于，基于修正输出电压参考值计算生成修正的全阶变量参考值包括：补偿数字控制引入的延时，计算修正输出电压参考值在k+2和k+3时刻的全阶参考值：参考值在k+2和k+3时刻的全阶参考值：其中，Δθ＝ω0T
S
为一个采样周期转过的电角度，T
s
为采样时间；根据基尔霍夫电流定律，利用修正输出电压参考值的全阶参考值计算电感电流在k+2和k+3时刻的全阶参考值：
其中，C
f
为滤波电容容值，和为负载电流。通常在一个采样周期内负载电流变换可忽略，因此下式成立：换可忽略，因此下式成立：和6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昱，高建波，王启武，李庆卓，贾中青，翟瑞占，张祯滨，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：