一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及LC滤波型逆变器控制领域，特别是涉及一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统。本发明专利技术的LC滤波型逆变器预测控制方法，先合成十二个输出电压虚拟矢量；接着获取电容电压梯度模型，重构LC滤波型逆变器的状态空间方程，实现时刻的电容电压梯度的实时更新；最终根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。本发明专利技术使用测量的电容电压梯度代替传统的预测模型，从而消除了传统预测控制对电流传感器以及系统参数准确性的依赖。准确性的依赖。准确性的依赖。

【技术实现步骤摘要】
一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及LC滤波型逆变器控制领域，特别是涉及一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着风力发电、光伏发电和风能太阳能互补技术的快速发展，逆变器已成为可再生能源系统的重要组成部分。与电感(L)滤波型逆变器以及电感、电容、电感(LCL)滤波型逆变器相比，电感电容(LC)滤波型逆变器可实现输出电压的高频谐波抑制，因此更适合于独立系统中。为了有效的控制LC滤波型逆变器的输出电压性能，降低其总谐波失真(THD)，研究人员已经提出多种控制方法。其中，模型预测控制(MPC)由于其优越的动态性能及多目标控制能力，在逆变器的输出电流及电压控制中得到了广泛的关注。文献[P.Cortes,G.Ortiz,J.I.Yuz,J.Rodriguez,S.Vazquez and L. G. Franquelo, "Model Predictive Control of an Inverter With Output LC Filter for UPS Applications," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 6, pp. 1875
‑
1883, June 2009.]首次提出了基于MPC的LC滤波型逆变器输出电压控制方法，该方法将二阶状态空间系统的离散方程作为预测模型，并带入价值函数中以寻求最优电压矢量。然而，为了实现LC滤波型逆变器的MPC，通常需要三个电容电压传感器，三个逆变器侧电感电流传感器和三个负载电流传感器。为了降低传感器数量，节约硬件成本，研究人员开发了多种无传感器控制方法，从而在传感器发生故障时，提高了系统的可靠性。
[0003]无传感器的控制方法主要分为两类，第一类为消除逆变器系统的电压传感器，第二类为消除逆变器系统的电流传感器。然而，为了实现电压或电流的估计，上述两种无传感器方法通常依赖于系统参数。当系统参数与实际参数不匹配时，会产生较大的电压或电流估计误差，从而导致较大的预测误差，甚至影响系统的稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种LC滤波型逆变器预测控制方法及系统，以消除预测控制对系统参数的依赖。
[0005]本专利技术提供一种LC滤波型逆变器预测控制方法，包括：建立LC滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型，根据所述LC滤波型逆变器的三相开关管状态得到其八个输出电压基本矢量，基于八个所述输出电压基本矢量，合成十二个输出电压虚拟矢量；获取电容电压梯度模型，在k时刻采样的电容电压梯度表示为：其中，为静止坐标系下时刻的电容电压梯度，为静止坐标系下k时刻的电容电压，为静止坐标系下时刻的电容电压；
重构LC滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，并存储在显示查找表中；根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。
[0006]进一步地，对时刻的电容电压进行预测。
[0007]进一步地，所述LC滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型为：其中，L
i
为逆变器侧滤波电感，C为滤波电容，i
i
为静止坐标系下的逆变器侧的电感电流矢量，v
i
为静止坐标系下的逆变器侧的输出电压基本矢量，v
c
为静止坐标系下的电容电压，i
o
为静止坐标系下的负载侧输出电流矢量，t为时间。
[0008]进一步地，八个所述输出电压基本矢量通过以下方式合成十二个所述输出电压虚拟矢量：其中，其中，v
sj
为合成的输出电压虚拟矢量，j=1，2，
…
，12；v
m
和v
n
分别为合成输出电压虚拟矢量中的第一个输出电压基本矢量和第二个输出电压基本矢量；t
1,vm
和t
2,vn
分别为输出电压基本矢量v
m
和v
n
的作用时间；T
s
为控制周期。
[0009]进一步地，每个所述输出电压基本矢量的作用时间的计算公式为：其中，G
vn
和G
vm
分别为输出电压基本矢量v
m
和v
n
对应的价值函数值。
[0010]进一步地，输出电压基本矢量v
n
和v
m
在k时刻的电压梯度分别为：在k时刻的电压梯度分别为：其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压
基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量v
m
对应的时刻的电容电压梯度，为输出电压基本矢量v
n
对应的时刻的电容电压梯度。
[0011]进一步地，剩余的输出电压基本矢量v
y
与输出电压基本矢量v
m
之间的关系为：其中，为时刻的输出电压基本矢量，为时刻的输出电压基本矢量，为输出电压基本矢量v
y
对应的时刻的电容电压梯度，且y≠m、y≠n。
[0012]进一步地，所述k+1时刻输出电压虚拟矢量所对应的预测的电容电压为：其中，为输出电压基本矢量v
m
对应的时刻的电容电压梯度，为输出电压基本矢量v
n
对应的时刻的电容电压梯度。
[0013]进一步地，所述k+1时刻预测的电容电压的价值函数为：其中，为输出电压虚拟矢量对应的价值函数值，v
cref
为参考电压。
[0014]本专利技术还提供一种LC滤波型逆变器预测控制系统，包括：输出电压虚拟矢量生成模块，所述输出电压虚拟矢量生成模块用于获取所述LC滤波型逆变器的八个输出电压基本矢量和十二个输出电压虚拟矢量；电容电压梯度生成模块，所述电容电压梯度生成模块用于生成电容电压梯度模型；电容电压梯度更新模块，所述电压梯度更新模块用于重构LC滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，并将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，存储在显示查找表中；作用时间计算模块，所述作用时间计算模块用于根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；虚拟矢量选择模块，所述虚拟矢量选择模块用于根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LC滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，包括：建立LC滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型，根据所述LC滤波型逆变器的三相开关管状态得到其八个输出电压基本矢量，基于八个所述输出电压基本矢量，合成十二个输出电压虚拟矢量；获取电容电压梯度模型，在k时刻采样的电容电压梯度表示为：；其中，为静止坐标系下时刻的电容电压梯度，为静止坐标系下k时刻的电容电压，为静止坐标系下时刻的电容电压；重构LC滤波型逆变器的状态空间方程，结合时刻输出电压基本矢量的作用时间，实现时刻的电容电压梯度的实时更新，将实时更新获得的电容电压梯度与输出电压基本矢量相对应，并存储在显示查找表中；根据时刻的电容电压梯度，获得时刻的所述输出电压虚拟矢量中各所述输出电压基本矢量的作用时间；根据时刻的各所述输出电压基本矢量的作用时间预测时刻的电容电压，将预测出的电容电压分别代入价值函数进行评估，选择使价值函数值最小的所述输出电压虚拟矢量作为最优矢量应用在下一个控制周期。2.根据权利要求1所述的LC滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，对时刻的电容电压进行预测。3.根据权利要求1所述的LC滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，所述LC滤波型逆变器在静止坐标系中的数学模型为：；其中，L
i
为逆变器侧滤波电感，C为滤波电容，i
i
为静止坐标系下的逆变器侧的电感电流矢量，v
i
为静止坐标系下的逆变器侧的输出电压基本矢量，v
c
为静止坐标系下的电容电压，i
o
为静止坐标系下的负载侧输出电流矢量，t为时间。4.根据权利要求3所述的LC滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，八个所述输出电压基本矢量通过以下方式合成十二个所述输出电压虚拟矢量：；其中，其中，v
sj
为合成的输出电压虚拟矢量，j=1，2，
…
，12；v
m
和v
n
分别为合成输出电压虚拟矢量中的第一个输出电压基本矢量和第二个输出电压基本矢量；t
1,vm
和t
2,vn
分别为输出电压基本矢量v
m
和v
n
的作用时间；T
s
为控制周期。5.根据权利要求4所述的LC滤波型逆变器预测控制方法，其特征在于，每个所述输出电压基本矢量的作用时间的计算公式为：
；其中，G
vn
和G
vm
分...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡存刚，尹政，曹文平，孙路，芮涛，
申请(专利权)人：合肥安赛思半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：