一种并网变流器模型预测控制方法及控制系统与流程

技术特征：
1.一种并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：定义变流器的开关控制周期；按照定义的开关控制周期确定变流器侧的电压，以达到电流追踪以及控制电流变化率为目标，建立控制变流器的开关器件开关的代价函数；获取当前开关控制周期内采集的变流器输出端的电路参数数值；根据获取的当前开关控制周期内变流器输出端的电路参数数值，获得代价函数最小时下一开关控制周期的最优问题表达式；根据最优问题表达式，计算获得下一开关控制周期内变流器的开关管的开关状态，根据开关状态产生触发信号控制变流器的开关器件的开闭。2.根据权利要求1所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，所述定义变流器的开关控制周期包括：定义s为开关状态，s＝1，变流器侧电压为v
busp
；s＝0，变流器侧电压为0；s＝-1，变流器侧电压为-v
busn
；将相邻的开关导通动作间隔定义为上升型周期，相邻的开关切断动作间隔定义为下降型周期，将上升型周期和下降型周期的算数平均数定义为开关控制周期。3.根据权利要求1或2所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，所述代价函数包括给定电流的追踪项、控制电流的变化率项、代价系数项以及开关频率优化项；所述控制电流的变化率项具有抑制谐振的功能，所述代价系数根据工程具体需求调测，系数越大对谐振的抑制效果越强，所述开关频率优化项用于优化平均开关的频率，代价系数越大则变流器的平均开关频率越低。4.根据权利要求3所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，所述控制变流器的开关器件开关的代价函数，如下：其中：为变流器侧当前控制周期的参考电流；为变流器侧当前控制周期的电流估计值；为电网侧当前控制周期的电流的估算值；为变流器侧当前控制周期的电流的变化量；k
j1
、k
j2
、k
j3
分别为代价系数，其中k
j1
、k
j2
均为小于1；s
k
表示当前控制周期的开关状态；s
k-1
表示上一控制周期的开关状态。5.如权利要求1所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征是：根据获取的当前开关控制周期内变流器输出端的电路参数数值，获得代价函数最小对应的下一开关控制周期的最优问题表达式的方法，包括如下步骤：根据当前采集时刻的变流器的电路参数数值，计算当前控制周期结束时，变流器的输出直流电容器的输出电流值；根据计算获得的当前控制周期结束时变流器的直流电容器电压差和输出电流值，滚动
代入下一控制周期变流器所有的输出电压状态，预测计算下一控制周期结束时变流器的电容器输出电流；根据下一控制周期变流器所有的输出电压状态，计算下一控制周期每个输出电压状态对应的开关状态；根据上一时刻和当前时刻采集的变流器输出电压，计算上一时刻和当前时刻输出电压状态对应的开关状态；根据预测的下一控制周期结束时变流器的输出电流和直流电容器电流差、下一控制周期每个输出电压状态对应的开关状态、以及上一时刻和当前时刻输出电压状态对应的开关状态，计算下一控制周期每个输出电压状态下的代价函数的数值；将最小的代价函数数值对应的变流器输出电压状态设置为变流器下一开关控制周期的最优问题表达式。6.根据权利要求5所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，所述获得代价函数最小时下一开关控制周期的最优问题表达式为：其中，min(j
k
)代价函数最小值，s
k
表示当前控制周期的开关状态；s
k-1
表示上一控制周期的开关状态。7.根据权利要求5所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，所述根据当前采集时刻的变流器的电路参数数值，计算当前控制周期结束时，变流器的输出直流电容器的电流值包括公式如下:i
con
＝k
ref
i
ref
(1-k
ref
)i
g
；
ꢀꢀ
(6)(6)为当前控制周期电流参考值；为当前控制周期的电容电流值；k
ref
为引入给定的变化率因子，其范围为(0,1]；i
ref
为电网侧参考电流；i
g
为电网侧电流；为当前控制周期滤波电容的电压；为上一控制周期滤波电容的电压；t
s
为控制与采样的周期；c为交流滤波电容；根据计算获得的当前控制周期结束时变流器的直流电容器电压差和输出电流值，滚动代入下一控制周期变流器所有的输出电压状态，预测计算下一控制周期结束时变流器的电容器输出电流，离散后公式如下：
根据公式(7)(8)(9)可得当前控制周期的电容电流值为：为：为当前控制周期电网侧的参考电流；为当前控制上一周期电网侧的参考电流；为当前控制上上一周期电网侧的参考电流；当前控制周期电网侧的电压；l
g
为滤波电感的电流；为当前控制周期滤波电容的电压；为上一控制周期滤波电容的电压；t
s
为控制与采样的周期；c为交流滤波电容。8.根据权利要求4所述的并网变流器模型预测控制方法，其特征在于，所述电网侧电流的估算值表达式为：其中，t
s
控制与采用周期；l
g
为电网侧滤波电感的电感值；当前控制周期电网侧的电压；当前控制周期滤波电容的电压；为上一控制周期电网侧的电流。9.一种并网变流器模型预测控制系统，其特征在于，所述系统包括相互连接的定义模块、代价函数建立模块、获取模块、计算模块以及控制输出模块；所述定义模块，被配置为用于定义变流器的开关控制周期；所述代价函数建立模块，被配置为用于按照定义的开关周期确定变流器侧的电压，以达到电流追踪以及控制电流变化率平衡为目标，建立控制变流器的开关器件开关的代价函数；所述获取模块，被配置为用于获取当前开关控制周期内采集的变流器输出端的电路参数数值；所述计算模块，被配置为用于根据获取的当前开关控制周期内变流器输出端的电路参
数数值，获得代价函数最小时下一开关控制周期的最优问题表达式；所述控制输出模块，被配置为用于根据最优问题表达式，计算获得下一开关控制周期内变流器的开关管的开关状态，根据开关状态产生触发信号控制变流器的开关器件的开闭。10.根据权利要求9所述的并网变流器模型预测控制系统，其特征在于，所述计算模块包括电容器的输出电流值计算单元、开关状态获取单元、代价函数计算单元以及最优计算单元；所述电容器的输出电流值计算单元，用于根据当前采集时刻的变流器的电路参数数值，计算当前控制周期结束时，变流器的输出直流电容器的输出电流值；所述开关状态获取单元，用于根据下一控制周期变流器所有的输出电压状态，计算下一控制周期每个输出电压状态对应的开关状态；根据上一时刻和当前时刻采集的变流器输出电压，计算上一时刻和当前时刻输出电压状态对应的开关状态；所述代价函数计算单元，用于根据预测的下一控制周期结束时变流器的输出电流和直流电容器电流差、下一控制周期每个输出电压状态对应的开关状态、以及上一时刻和当前时刻输出电压状态对应的开关状态，计算下一控制周期每个输出电压状态下的代价函数的数值；所述最优计算单元，用于根据最小的代价函数数值对应的变流器输出电压状态设置为变流器下一开关控制周期的最优问题表达式。

技术总结
本发明提供一种并网变流器模型预测控制方法及控制系统，属于电力电子技术领域。本申请实施例所述方法按照定义的开关周期确定变流器侧的电压，建立控制变流器的开关器件开关的代价函数；根据获取的当前开关控制周期内变流器输出端的电路参数数值，获得代价函数最小时下一开关控制周期的最优问题表达式，根据所述最优问题表达式获得下一开关控制周期内变流器的开关管的开关状态，根据开关状态产生触发信号控制变流器的开关器件的开闭。本申请实施例的控制函数在一阶的前提下，保留了LCL并网变流器模型的动态特性并完成了其基于模型的预测控制，增加了系统的动态特性，并能实现多个目标的优化。多个目标的优化。多个目标的优化。


技术研发人员：肖英 龚钢
受保护的技术使用者：深圳市慧能互联科技有限公司
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/7/22