一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法技术

本申请实施例提供了一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法，用以解决现有的逆变器控制策略控制带宽低、稳态误差较大的技术问题。方法包括：对三相电流进行测量，然后对得到的测量值进行坐标变换，在无模型预测模块中，预测出下一时刻电流的观测值，将无模型预测模块预测的电流值与参考值进行比较，将其误差送入比例

【技术实现步骤摘要】
一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法


[0001]本申请涉及变流器控制
，尤其涉及一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，世界各国大力发展新能源产业，向绿色、环保、低碳的能源供给模式转变。目前，电力系统正从机械电磁设备向电力电子设备演进。在此背景下，一种稳态误差小、响应快、抗干扰能力强的电力电子变换器控制策略显得尤为重要。以经典三相逆变器为例，其线性控制策略一般采用PI(proportional
‑
integral，比例
‑
积分)控制技术。通过将当前时刻参考值与当前时刻反馈值进行比较，并将其差值送入PI控制器，最后利用脉宽调制技术控制开关管，使逆变器的输出电压或增或减，最终达到预期的控制效果。
[0003]由于模数转换、计算时间和脉冲宽度调制等环节存在，数字控制系统在应用时不可避免地会引入时间延迟。时间延迟会降低系统控制带宽，增加稳态误差。并且在实际应用中，由于未知干扰和模型不确定性的存在，系统的稳态误差会进一步增大。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法，用以解决现有的逆变器控制策略控制带宽低、稳态误差较大的技术问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法，所述方法包括：
[0006]步骤S1：将电网侧的三相电流I
a
、I
b
、I
c
由三相静态坐标系，基于如下公式转换为两相静态坐标系；
[0007][0008]其中，I
α
、I
β
为三相电流在α
‑
β坐标系下的电流值；
[0009]步骤S2：将所述两相静止坐标系，基于如下公式转换为两相旋转坐标系；
[0010][0011]其中，θ＝ωt，ω是电网角频率，I
d
、I
q
为三相电流在d
‑
q坐标系下的电流值；
[0012]步骤S3：构建无模型预测模块，并预测下一时刻的电流值，所述无模型预测模块电网侧数学模型如下：
[0013][0014]其中，V
d
和V
q
为三相并网逆变器在d轴和q轴的输出电压值，E
d
和E
q
分别为电网电压在d轴和q轴上的值，R为寄生电阻，L为电感滤波器；
[0015]步骤S4：变换所述无模型预测模块电网侧数学模型，得到下列模型：
[0016][0017]以I
d
和F
d
为状态变量的线性扩张状态观测器进一步构造新的模型，
[0018][0019]其中分别是(4)中I
d
、F
d
的估计值，β
1d
和β
2d
为观测器的误差反馈增益，
[0020]步骤S5：将模型(5)用矩阵形式改写为：
[0021][0022]其中C＝(10)，y是观测器的输出，是y的观测值，扩张状态观测器的特征方程可以表示为：
[0023]|sI
‑
(A
‑
DC)|＝s2+β
1d
s+β
2d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0024]其中I是单位矩阵，s为特征方程的根；
[0025]步骤S6：使特征方程的根落在
‑
ω0处，得到β
1d
和β
2d
为
[0026]β
1d
＝2ω0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0027]β
2d
＝ω
02
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0028]通过对ω0进行配置，将模型(5)离散为：
[0029][0030]步骤S7：将预测得到的Z
1d
(k+1)，与k+1时刻参考值的差值送入PI控制器，控制器输出经过输出解耦和前馈补偿后，得到
[0031][0032]步骤S8：将计算出的送入SPWM调制器，以控制逆变器的输出电压。
[0033]本申请实施例提供的一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法，是在时间延迟问题上对经典三相逆变器控制策略进行改进。将预测控制模型与扩张状态观测器结合，得到无模型预测模块，并将其用于改进经典三相逆变器控制策略。将下一时刻参考值与无模型预测模块所预测的下一时刻并网电流值进行比较，其差值送入控制器，形成闭环负反馈回路。由于无模型预测模块预测的下一时刻并网电流值没有受到任何时间延迟的影响，所以补偿了系统在模数转换、计算时间和脉冲宽度调制等环节产生的时间延迟。在设计无模型预测模块时，利用扩张状态观测器估计出系统所有不确定部分，并融入无模型预测模块中，增强了系统的抗干扰能力。因此，本申请实施例在动态响应、电流纹波、跟踪误差、鲁棒性等方面均优于经典三相并网逆变器控制策略。
附图说明
[0034]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0035]图1为本申请实施例提供的一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制框图。
具体实施方式
[0036]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037]近年来，世界各国大力发展新能源产业，向绿色、环保、低碳的能源供给模式转变。目前，电力系统正从机械电磁设备向电力电子设备演进。在此背景下，一种稳态误差小、响应快、抗干扰能力强的电力电子变换器控制策略显得尤为重要。以经典三相逆变器为例，其线性控制策略一般采用PI(proportional
‑
integral，比例
‑
积分)控制技术。通过将当前时刻参考值与当前时刻反馈值进行比较，并将其差值送入PI控制器，最后利用脉宽调制技术控制开关管，使逆变器的输出电压或增或减，最终达到预期的控制效果。
[0038]由于模数转换、计算时间和脉冲宽度调制等环节存在，数字控制系统在应用时不可避免地会引入时间延迟。时间延迟会降低系统控制带宽，增加稳态误差。并且在实际应用中，由于未知干扰和模型不确定性的存在，系统的稳态误差会进一步增大。
[0039]针对控制系统在实际应用中存在的时间延迟问题，本申请提出了一种基于无模型预测的三相并网逆变器改进控制策略。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无模型预测的三相并网逆变器控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1：将电网侧的三相电流I
a
、I
b
、I
c
由三相静态坐标系，基于如下公式转换为两相静态坐标系；其中，I
α
、I
β
为三相电流在α
‑
β坐标系下的电流值；步骤S2：将所述两相静止坐标系，基于如下公式转换为两相旋转坐标系；其中，θ＝ωt,ω是电网角频率，I
d
、I
q
为三相电流在d
‑
q坐标系下的电流值；步骤S3：构建无模型预测模块，并预测下一时刻的电流值，所述无模型预测模块电网侧数学模型如下：其中，V
d
和V
q
为三相并网逆变器在d轴和q轴的输出电压值，E
d
和E
q
分别为电网电压在d轴和q轴上的值，R为寄生电阻，L为电感滤波器；步骤S4：变换所述无模型预测模块电网侧数学模型，得到下列模型：以I
d
和F
d
为状态变量的线性扩张状态观测器进一步构造新的模型，其中分别是(4)中I
d
、F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昱，治文辉，高建波，王启武，李庆卓，贾中青，翟瑞占，刘道杰，
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：