基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法及系统，包括：测量变流器系统中定子电流、电网电流和电压，计算变流器系统的状态变化量；基于变流器系统的状态变化量，当电网侧和电机侧状态预测表的更新公式中的常数矩阵分母大于预定限值时，计算变流器全部矢量对应的状态变化，更新查找表的全部内容；利用更新后的查找表预测变流器系统在未来时刻的状态，依据代价函数最小原则选择最优的机侧开关信号及网侧开关信号。机侧开关信号及网侧开关信号。机侧开关信号及网侧开关信号。

【技术实现步骤摘要】
基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法及系统


[0001]本专利技术属于变流器预测
，尤其涉及基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]面向风力发电、电驱等应用场合，背靠背变流器具有双向能量流动、可控功率因数和双侧解耦等优点，已成为极具前景的变流系统结构。直接模型预测控制(Direct model predictive control,DMPC)通过设计一个代价函数，能够处理具有多个控制目标和约束条件的非线性系统，是上述变流装备的一种有效控制选择。在工程实践中，作为一类依靠模型的控制方法，DMPC的实际控制效果对模型参数非常敏感。如风力发电系统中，模型的不可测参数(如磁通量)或时变参数(老化的定子电感与滤波器电感)将不可避免的与变流系统中对应部分的实际值存在差异。这导致传统模型预测控制中的预测值不准确，从而诱发控制性能恶化，如大的稳态跟踪偏差和电压、电流及功率纹波，降低风电机组与风电场并网质量，甚至威胁到整个系统的安全运行。因此，研究参数鲁棒的变流装备预测控制具有重大意义。
[0004]现有技术中的无模型预测控制方法，其核心思想是构建一个或多个查找表(LUT)，来存储前一控制时刻应用的开关状态(控制电压矢量)，及对应的被控状态量(如，定子电流或有功、无功功率)变化。随后依靠该查找表，而非系统模型，来预测系统的未来行为，故此称为无模型预测控制方法。该方案无需模型信息，对系统建模中可能存在的各类偏差表现出较强的鲁棒性。
[0005]上述方案中，如果某些特定的开关状态，长时间未被应用(例如系统达到稳态后，仅有两个相邻的电压矢量将被重复应用)，上述查找表中存储的大部分状态量变化信息是过时的。依靠此查找表预测的系统状态将严重失真。这将大大影响系统的控制性能，特别是在暂态阶段对系统的稳定构成很大的风险。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，有效克服了传统的解决方案存在的滞后效应，有效降低了算法计算量，更好地提升了变流装备的稳定性和工作效率，极大地提高新能源并网和高性能电驱等功率电子系统的可靠性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，包括：
[0009]测量变流器系统中定子电流、电网电流和电压，计算变流器系统的状态变化量；
[0010]基于变流器系统的状态变化量，当电网侧和电机侧状态预测表的更新公式中的常
数矩阵分母大于预定限值时，计算变流器全部矢量对应的状态变化，更新查找表的全部内容；
[0011]利用更新后的查找表预测变流器系统在未来时刻的状态，依据代价函数最小原则选择最优的机侧开关信号及网侧开关信号。
[0012]作为进一步的技术方案，将电网侧和电机侧状态预测表的更新公式进行统一，得到所提无参数预测控制在一个控制周期内更新变流器系统全部矢量对应的状态变化公式：
[0013][0014]当y＝g时，公式代表电网侧功率变化；当y＝m时，公式代表电机侧电流变化。
[0015]作为进一步的技术方案，根据上述公式可在一个控制周期内更新状态预测表中的全部内容，保证状态信息表的准确性和时效性。
[0016]作为进一步的技术方案，计算变流器系统全部矢量对应的状态变化后，利用前两个时刻的状态变量变化及对应的电压矢量，来更新查找表中的元素。
[0017]作为进一步的技术方案，所述查找表存储变流器系统全部电压矢量对应的电机侧定子电流变化和电网侧功率变化。
[0018]作为进一步的技术方案，还包括：利用查找表预测变流器系统k+1时刻状态进行延时补偿，获得k+2时刻状态变量预测公式。
[0019]作为进一步的技术方案，通过查找表中Δx
y
实现定子电流和电网功率的预测。
[0020]第二方面，公开了基于快速参数更新机制的变流器无模型预测系统，包括：
[0021]数据获取模块，被配置为：测量变流器系统中定子电流、电网电流和电压，计算变流器系统的状态变化量；
[0022]查找表更新模块，被配置为：基于变流器系统的状态变化量，当电网侧和电机侧状态预测表的更新公式中的常数矩阵分母大于预定限值时，计算变流器全部矢量对应的状态变化，更新查找表的全部内容；
[0023]无模型预测控制模块，被配置为：利用更新后的查找表预测变流器系统在未来时刻的状态，依据代价函数最小原则选择最优的机侧开关信号及网侧开关信号。
[0024]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0025]面向风力发电、高性能电驱等背靠背变流装备应用场合，本专利技术技术方案提出了一种不依赖模型的预测控制方法。该方法只需要前一时刻的两个状态测量/估计值和对应的输出电压矢量，即可构建出未来所有电压矢量对应的系统状态量。据此更新机制，所提出的方法具有非常低的计算工作量、平滑的电流/功率变化波形，且在状态量预测中不需要任何模型知识。本方法可以极大地提高新能源发电、电驱等电力电子变流装备的鲁棒性。
[0026]本专利技术所提无参数预测控制可以实现一个控制周期内更新全部矢量对应的状态变量变化，保证了状态预测表的更新率和准确度。本专利技术的核心点是一种新的与模型无关的预测控制方法，具有快速的系统信息查找表更新频率，以提高系统对参数变化的鲁棒性。
[0027]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0029]图1为本专利技术实施例所基于的背靠背变流器拓扑示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例变流器控制时序图；
[0031]图3为本专利技术实施例方法控制框图；
[0032]图4为本专利技术实施例无模型预测控制流程图。
具体实施方式
[0033]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0035]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]实施例一
[0037]本实施例公开了基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，参见附图4所示，包括：
[0038]获取数据：测量定子电流、电网电流和电压；
[0039]计算状态变化量
[0040]其中，状态变化量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，其特征是，包括：测量变流器系统中定子电流、电网电流和电压，计算变流器系统的状态变化量；基于变流器系统的状态变化量，当电网侧和电机侧状态预测表的更新公式中的常数矩阵分母大于预定限值时，计算变流器全部矢量对应的状态变化，更新查找表的全部内容；利用更新后的查找表预测变流器系统在未来时刻的状态，依据代价函数最小原则选择最优的机侧开关信号及网侧开关信号。2.如权利要求1所述的基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，其特征是，将电网侧和电机侧状态预测表的更新公式进行统一，得到所提无参数预测控制在一个控制周期内更新变流器系统全部矢量对应的状态变化公式：当y＝g时，公式代表电网侧功率变化；当y＝m时，公式代表电机侧电流变化。3.如权利要求1所述的基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，其特征是，根据上述公式可在一个控制周期内更新状态预测表中的全部内容，保证状态信息表的准确性和时效性。4.如权利要求1所述的基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，其特征是，计算变流器系统全部矢量对应的状态变化后，利用前两个时刻的状态变量变化及对应的电压矢量，来更新查找表中的元素。5.如权利要求1所述的基于快速参数更新机制的变流器无模型预测方法，其特征是，所述查找表存储变流器系统全部电压矢量对应的电机侧定子电流变化和电网侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祯滨，张宇喆，李建峰，刘晓栋，李真，李海涛，张进，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：