一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法技术

本发明专利技术提出一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法，其包括：对含串联有源电力滤波器的配电网运行参数进行检测，由配电网电源电压计算待补偿电压；基于无差拍控制原理，令SAPF输出电压与待补偿电压幅值相等、极性相反，根据SAPF在αβ坐标系下的电压预测模型反推出FCS

【技术实现步骤摘要】
一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法


[0001]本专利技术属于串联有源电力滤波器控制
，尤其涉及一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法。

技术介绍

[0002]随着现代配电网的蓬勃发展，新型电力电子负荷在系统中占比不断增加，电网电压暂升、暂降及谐波等电能质量问题日益凸显。串联有源电力滤波器(Series Active Power Filter,SAPF)作为一种串接于电网和负载之间实现快速补偿系统电压的用户侧电力电子装置，能够输出一定大小和波形的非周期性电压，保护关键负荷免受供电端电压暂升、暂降及谐波等电压扰动，成为治理电网电压质量问题的有效方法之一。
[0003]有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS
‑
MPC)具有直接利用变换器的离散特性和开关状态有限的特性、模型建立简便直观、控制过程无需PWM调制器及参数难于整定的PR控制器等优点，在电力电子变换器控制领域受到广泛关注。
[0004]电力电子变换器常采用电压电流双闭环SVPWM控制，该传统控制策略建立在两相旋转坐标系dq坐标系下，存在控制量交叉耦合、控制器参数整定困难、调制环节复杂等问题。本专利技术提出一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为解决串联有源电力滤波器传统控制方式下控制环节复杂、参数整定困难的问题，本专利技术提出一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法。本专利技术所提出的基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法，其核心在于采用无差拍控制和有限集模型预测控制替代串联有源电力滤波器中传统电压电流双闭环控制器：利用检测的配电网电源电压提取待补偿电压；基于无差拍控制原理，根据待补偿电压计算出串联有源电力滤波器的输出电压，利用αβ坐标系下的电压预测模型反推得到有限集模型预测控制所需电流参考值；将逆变器输出的基本电压矢量依次代入有源电力滤波器在αβ坐标系下的电流预测模型，得到不同电压矢量对应的电流预测值，将电流预测值和电流参考值代入目标函数进行遍历寻优，选取目标函数最小值对应的电压矢量作为逆变器输出电压指令送给逆变器产生补偿电压，对负载电压中存在的谐波分量和幅值偏差进行补偿。
[0006]技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术提出一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法，该方法包括如下步骤：
[0007](1)对含串联有源电力滤波器的配电网运行参数检测，配电网运行参数包括：配电网电源电压，串联有源电力滤波器(SAPF)输出电压、电流，逆变器输出电流；在配电网电源
电压中滤除正序基波电压分量以得到待补偿电压；
[0008](2)基于无差拍控制原理，将待补偿电压取反作为有源电力滤波器输出电压预测值，将有源电力滤波器输出电压预测值代入有源电力滤波器在αβ坐标系下的电压预测模型中以反推出有限集模型预测控制(FCS
‑
MPC)所需电流参考值；
[0009](3)在一个控制周期内，将逆变器输出的基本电压矢量依次代入有源电力滤波器在αβ坐标系下的电流预测模型，得到不同电压矢量对应的电流预测值，将所有电流预测值和步骤(2)所得电流参考值代入目标函数进行遍历寻优，选取目标函数最小值对应的电压矢量作为逆变器输出电压指令送给逆变器产生补偿电压，对负载电压中存在的谐波分量和幅值偏差进行补偿；
[0010](4)下一个控制周期重复上述步骤(1)至步骤(3)。
[0011]进一步的，步骤(1)的方法具体如下：
[0012]对含串联有源电力滤波器的配电网运行参数进行实时检测，获取含有谐波的配电网电源电压实际值[u
sα
,u
sβ
]、有源电力滤波器输出电压实际值[u
cα
,u
cβ
]、有源电力滤波器输出电流实际值[i
cα
,i
cβ
]以及逆变器输出电流实际值[i
α
,i
β
]，下标α、β表示两相静止坐标系αβ坐标系，下标s表示电源侧变量，下标c表示有源电力滤波器输出侧变量，u
sα
为α坐标轴电源电压实际值，u
sβ
为β坐标轴电源电压实际值，u
cα
为α坐标轴有源电力滤波器输出电压实际值，u
cβ
为β坐标轴有源电力滤波器输出电压实际值，i
cα
为α坐标轴有源电力滤波器输出电流实际值，i
cβ
为β坐标轴有源电力滤波器输出电流实际值，i
α
为α坐标轴逆变器输出电流实际值，i
β
为β坐标轴逆变器输出电流实际值；根据瞬时无功功率理论，在配电网电源电压中滤除正序基波电压分量得到待补偿电压[u
hα
,u
hβ
]，下标h表示待补偿变量，u
hα
为α坐标轴待补偿电压，u
hβ
为β坐标轴待补偿电压。
[0013]进一步的，步骤(2)的方法具体如下：
[0014](2.1)建立有源电力滤波器在αβ坐标系下的电压预测模型：
[0015][0016]其中，上标p表示模型预测值，为α坐标轴有源电力滤波器输出电压预测值，为β坐标轴SAPF输出电压预测值，T
s
为离散系统的控制周期，C为有源电力滤波器输出侧的滤波电容；
[0017](2.2)基于无差拍控制原理对谐波电压进行完全补偿，令有源电力滤波器输出电压预测值与待补偿电压幅值相等、极性相反，即代入到电压预测模型反推出逆变器输出电流参考值：
[0018][0019]其中，上标*表示参考值，为α坐标轴逆变器输出电流参考值，为β坐标轴逆变
器输出电流参考值。
[0020]进一步的，步骤(3)的方法具体如下：
[0021](3.1)建立有源电力滤波器在αβ坐标系下的电流预测模型：
[0022][0023]其中：为α坐标轴逆变器输出电流预测值，为β坐标轴逆变器输出电流预测值，L为逆变器输出侧滤波电感，R为逆变器输出侧寄生电阻；
[0024](3.2)一个控制周期内，将逆变器所有基本电压矢量[u
α
,u
β
]以及采样得到的有源电力滤波器输出电压实际值[u
cα
,u
cβ
]、逆变器输出电流实际值[i
α
,i
β
]遍历代入电流预测模型，得到不同电压矢量对应的电流预测值；将所有电流预测值和步骤(2)所得电流参考值代入目标函数进行遍历寻优，选取目标函数最小值对应的电压矢量作为逆变器输出电压指令送给逆变器产生补偿电压，对负载电压中存在的谐波分量和幅值偏差进行补偿。
[0025]有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)对含串联有源电力滤波器的配电网运行参数检测，配电网运行参数包括：配电网电源电压，串联有源电力滤波器(SAPF)输出电压、电流，逆变器输出电流；在配电网电源电压中滤除正序基波电压分量以得到待补偿电压；(2)基于无差拍控制原理，将待补偿电压取反作为有源电力滤波器输出电压预测值，将有源电力滤波器输出电压预测值代入有源电力滤波器在αβ坐标系下的电压预测模型中以反推出有限集模型预测控制(FCS
‑
MPC)所需电流参考值；(3)在一个控制周期内，将逆变器输出的基本电压矢量依次代入有源电力滤波器在αβ坐标系下的电流预测模型，得到不同电压矢量对应的电流预测值，将所有电流预测值和步骤(2)所得电流参考值代入目标函数进行遍历寻优，选取目标函数最小值对应的电压矢量作为逆变器输出电压指令送给逆变器产生补偿电压，对负载电压中存在的谐波分量和幅值偏差进行补偿；(4)下一个控制周期重复上述步骤(1)至步骤(3)。2.根据权利要求1所述的一种基于无差拍外环控制的串联有源电力滤波器有限集模型预测控制方法，其特征在于，步骤(1)的方法具体如下：对含串联有源电力滤波器的配电网运行参数进行实时检测，获取含有谐波的配电网电源电压实际值[u
sα
,u
sβ
]、有源电力滤波器输出电压实际值[u
cα
,u
cβ
]、有源电力滤波器输出电流实际值[i
cα
,i
cβ
]以及逆变器输出电流实际值[i
α
,i
β
]，下标α、β表示两相静止坐标系αβ坐标系，下标s表示电源侧变量，下标c表示有源电力滤波器输出侧变量，u
sα
为α坐标轴电源电压实际值，u
sβ
为β坐标轴电源电压实际值，u
cα
为α坐标轴有源电力滤波器输出电压实际值，u
cβ
为β坐标轴有源电力滤波器输出电压实际值，i
cα
为α坐标轴有源电力滤波器输出电流实际值，i
cβ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍小杰，程国栋，王贵峰，李世东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：