虚拟同步机电流传感器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虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法，在电流重构中，子矢量可测量的相电流个数不足或子矢量持续时间过短会造成不可测区域，影响容错控制策略效果；为了提高三电平VSG在交流电流传感器故障情况下的可靠性，本发明专利技术设计了不受不可测区域影响的双矢量。当所选最优矢量为双矢量时，根据直流侧电流重构VSG三相输出电流。为实现单电压矢量的电流重构，建立了LCL型VSG输出电流的预测模型。当所选最优矢量为单电压矢量时，根据直流侧电流和预测电流重构VSG三相输出电流。所提故障容错MPC策略实现了VSG交流电流传感器故障时输出电流的重构，提高了VSG可靠性，实现其连续稳定运行。实现其连续稳定运行。实现其连续稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法


[0001]本专利技术涉及故障容错模型预测控制
，特别是指一种虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源发电技术的发展，电力电子设备在电力系统中得到了广泛应用。然而，可再生能源具有随机波动的特点，且传统并网逆变器缺乏惯性和阻尼，因此过高的可再生能源发电比例不利于电网的稳定运行。
[0003]通过模拟同步发电机的外特性，虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator, VSG)可为电网提供惯性和阻尼，近年来受到了广泛关注。然而，由于环境、温度和电流过冲的影响，VSG交流电流传感器故障后会严重影响其正常稳定运行。因此，亟需研究针对VSG交流电流传感器故障的容错控制算法。

技术实现思路

[0004]针对LCL型VSG交流电流传感器故障问题，本专利技术提出了一种虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法，实现了VSG交流电流传感器故障时输出电流的重构，提高了三电平VSG在交流电流传感器故障情况下的可靠性，实现其连续稳定运行。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法，其步骤如下：
[0007]步骤一：构建交流传感器故障判据，当出现交流传感器故障且第k
‑
1周期的最优矢量为双矢量时，执行步骤二，当出现交流传感器故障且第k
‑
1周期的最优矢量为单电压矢量时，执行步骤三；
[0008]步骤二：根据采集的直流侧电流i
dc
重构VSG输出电流；
[0009]步骤三：构建LCL型VSG预测模型，根据采集的直流侧电流i
dc
和VSG预测模型重构VSG输出电流；
[0010]步骤四：根据重构的VSG输出电流计算滤波电容支路电压预测值；
[0011]步骤五：输入参考有功功率和参考无功功率，并通过VSG控制策略计算参考电压矢量；
[0012]步骤六：计算中点电压预测值，根据滤波电容支路电压预测值、参考电压矢量和中点电压预测值计算候选矢量的代价函数值；并将代价函数的最小值对应的矢量作为最优矢量；
[0013]步骤七：输出最优矢量所对应的开关信号，用于控制下一周期的VSG运行。
[0014]所述交流传感器故障判据的构建方法为：
[0015]根据VSG的结构获得VSG三相输出电流与直流侧电流i
dc
的关系：
[0016][0017]其中，X
a
、X
b
、X
c
为VSG三相输出电流的相关系数，S
a
、S
b
、S
c
为VSG的三相开关状态， u()表示阶跃函数；
[0018][0019]其中，i
1a
、i
1b
、i
1c
为VSG三相输出电流；
[0020]将式(2)右侧减去直流侧电流i
dc
并取绝对值，得直流电流计算误差E
idc
为：
[0021]E
idc
＝|(X
a
‑
X
c
)*i
1a
+(X
b
‑
X
c
)*i
1b
‑
i
dc
|
ꢀꢀ
(3)；
[0022]其中，||表示绝对值；
[0023]设置裕度Y，建立交流电流传感器故障判据F：
[0024][0025]所述步骤二中的根据采集的直流侧电流i
dc
重构VSG输出电流的方法为；
[0026]输出矢量为双矢量时，直流测电流i
dc
在两个单矢量下采样两次，其采样值与 VSG输出电流对应关系如表1：
[0027]表1 i
dc
与VSG输出电流的对应关系
[0028](X
a
,X
b
,X
c
)i
dc
对应的相电流值(1,0,0)i
a
(0,1,0)i
b
(0,0,1)i
c
(1,1,0)
‑
i
c
(1,0,1)
‑
i
b
(0,1,1)
‑
i
a
[0029]根据表1，可直接根据i
dc
的两个采样值得到VSG两相输出电流；此外，在三相三线制系统中，剩余一相电流值为测量得到的两相电流之和的相反值；因此，可根据i
dc
的两个采样值重构VSG输出电流。
[0030]所述LCL型VSG预测模型为：
[0031][0032]其中，i
1αβ
(k+1)为k+1周期内的VSG输出电流的αβ分量，i
1αβ
(k)为k周期内的 VSG输出电流的αβ分量，i
2αβ
(k)为k周期内的VSG电网电流的αβ分量，u
Cαβ
(k+1)为 k+1周期内的滤波电容电压的αβ分量，u
Cαβ
(k)为k周期内的滤波电容电压的αβ分量，u
αβ
(k)为k周期内的逆变器输出电压的αβ分量，L1为逆变器侧滤波电感，R1为逆变器侧寄生电阻，C为滤波电容，T为采样周期，R3为滤波电容串联电阻。
[0033]所述根据采集的直流侧电流i
dc
和VSG预测模型重构VSG输出电流的方法为：
[0034][0035]其中，V
opt
(k
‑
1)为k
‑
1周期的最优矢量，u
Cαβ
(k
‑
1)为k
‑
1周期内的滤波电容电压的αβ分量，i
1αβ
(k
‑
1)为k
‑
1周期内的VSG输出电流的αβ分量，i
2αβ
(k
‑
1)为k
‑
1周期内的 VSG电网电流的αβ分量。
[0036]所述滤波电容支路电压预测值的计算方法为：
[0037][0038]其中，u
pccαβ
(k+1)为k+1周期的滤波电容支路电压预测值的αβ分量，u
pccαβ
(k)为k 周期的滤波电容支路电压预测值的αβ分量。
[0039]所述通过VSG控制策略计算参考电压矢量的方法为：
[0040][0041]其中，P
ref
为参考有功功率，Q
ref
为参考无功功率，为角速度，θ为角度，M
f
为励磁绕组与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步机电流传感器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：构建交流传感器故障判据，当出现交流传感器故障且第k
‑
1周期的最优矢量为双矢量时，执行步骤二，当出现交流传感器故障且第k
‑
1周期的最优矢量为单电压矢量时，执行步骤三；步骤二：根据采集的直流侧电流i
dc
重构VSG输出电流；步骤三：构建LCL型VSG预测模型，根据采集的直流侧电流i
dc
和VSG预测模型重构VSG输出电流；步骤四：根据重构的VSG输出电流计算滤波电容支路电压预测值；步骤五：输入参考有功功率和参考无功功率，并通过VSG控制策略计算参考电压矢量；步骤六：计算中点电压预测值，根据滤波电容支路电压预测值、参考电压矢量和中点电压预测值计算候选矢量的代价函数值；并将代价函数的最小值对应的矢量作为最优矢量；步骤七：输出最优矢量所对应的开关信号，用于控制下一周期的VSG运行。2.根据权利要求1所述的虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法，其特征在于，所述交流传感器故障判据的构建方法为：根据VSG的结构获得VSG三相输出电流与直流侧电流i
dc
的关系：其中，X
a
、X
b
、X
c
为VSG三相输出电流的相关系数，S
a
、S
b
、S
c
为VSG的三相开关状态，u()表示阶跃函数；其中，i
1a
、i
1b
、i
1c
为VSG三相输出电流；将式(2)右侧减去直流侧电流i
dc
并取绝对值，得直流电流计算误差E
idc
为：E
idc
＝|(X
a
‑
X
c
)*i
1a
+(X
b
‑
X
c
)*i
1b
‑
i
dc
|
ꢀꢀ
(3)；其中，||表示绝对值；设置裕度Y，建立交流电流传感器故障判据F：3.根据权利要求1所述的虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法，其特征在于，所述步骤二中的根据采集的直流侧电流i
dc
重构VSG输出电流的方法为；输出矢量为双矢量时，直流测电流i
dc
在两个单矢量下采样两次，其采样值与VSG输出电流对应关系如表1：表1 i
dc
与VSG输出电流的对应关系(X
a
,X
b
,X
c
)i
dc
对应的相电流值(1,0,0)i
a
(0,1,0)i
b
(0,0,1)i
c
(1,1,0)
‑
i
c
(1,0,1)
‑
i
b
(0,1,1)
‑
i
a
根据表1，可直接根据i
dc
的两个采样值得到VSG两相输出电流；此外，在三相三线制系统中，剩余一相电流值为测量得到的两相电流之和的相反值；因此，可根据i
dc
的两个采样值重构VSG输出电流。4.根据权利要求1所述的虚拟同步机电流传感器故障容错模型预测控制方法，其特征在于，所述LCL型VSG预测模型为：其中，i
1αβ
(k+1)为k+1周期内的VSG输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：金楠，侯智文，徐子凡，常忠廷，俎立峰，刘普，申永鹏，王锐，马梓阳，夏英巽，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：