[发明专利]LCL型储能变换器的有限控制集模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种LCL型储能变换器的有限控制集模型预测控制方法，将状态变量估算与延时补偿相结合，通过采样电网电流估算出变换器侧电流、电容电压以及电网电流，并且将采样的电网电流和估算的电网电流之间的误差通过一个校正矩阵，以此减小由模型失配和参数漂移带来的影响，再将估算出来的状态变量通过带延时补偿环节的有限控制集模型预测控制算法，以此提高系统性能，最终实现LCL型储能变换器的控制。本发明可以减少传感器数量，降低成本，提高系统可靠性；结合延时补偿算法，消除计算延时对系统性能的影响，提高入网电流质量。

技术领域

本发明涉及电气自动化与新能源电能变换设备技术领域，具体地，涉及一种LCL型储能变换器的有限控制集模型预测控制方法。

背景技术

储能变换器(下文简称为变换器)是分布式储能系统中的关键部件之一，可将电池产生的直流电能转换为交流电能并入电网，并实现能量的双向传输。为了使入网电流符合谐波标准，除了采用了很多线性控制策略外，很多非线性控制策略也逐渐应用于储能变换器。比如随着最近几年DSP、FPGA计算速度的提高，有限控制集模型预测控制被大量应用。该控制方法实现简单、动态性能良好，且能够很好的处理多变量和非线性约束的问题。

传统的用于包含LCL滤波器的储能变换器的有限控制集模型预测控制方法，需要变换器侧电流、电容电压以及电网电流三个变量根据不同的权重系数来构成代价函数，这就需要使用三种传感器(至少六个传感器)，大大增加了成本和复杂性。三种传感器分别采样逆变器侧电流、电容电压和电网电流，每种的至少两个传感器可以只采样a、b、c三相中的两相，另外一相可以根据采样的两相计算出来。

此外，传统的控制方法没有考虑到在实际应用中延时对控制系统的影响，大大降低了系统性能，影响入网电流质量。

发明内容

针对现有控制算法的缺陷，本发明提供一种改进的有限控制集模型预测控制方法，适用于包含LCL型无源滤波器的电池储能变换器，可以减少传感器数量，提高系统性能和入网电流质量。

本发明的技术方案是提供一种LCL型储能变换器的有限控制集模型预测控制方法，基于离散化的LCL模型，推导出k时刻下三个状态变量的估算值、LCL型储能变换器中开关管在k时刻下的开关状态，与k+1时刻下三个状态变量的估算值的第一关系；

基于离散化的LCL模型，推导出k+1时刻下三个状态变量的估算值、k+1时刻下的开关状态，与k+2时刻下三个状态变量的预测值的第二关系；

其中，通过校正使k时刻第一状态变量的估算值逼近k时刻第一状态变量的测量值后，根据k时刻第一状态变量的测量值进行估算，得到三个状态变量的估算值；

通过k时刻下三个状态变量的估算值，以及k-1时刻已经求出的k时刻下的开关状态，基于第一关系求得k+1时刻下三个状态变量的估算值；

采用延时补偿算法，根据k+1时刻存在的开关状态的所有不同组合，基于第二关系得到k+2时刻与这些组合各自对应的三种状态变量的预测值，选取k+2时刻下三种状态变量的预测值之中与三个状态变量的参考值的误差最小的预测值，将误差最小的预测值所对应的开关状态作为k+1时刻最优的开关状态；

其中，三个状态变量是LCL型储能变换器的变换器侧电流、电容电压和电网电流；第一状态变量是三个状态变量之中当前测量的任意一种状态变量。

可选地，离散化的LCL模型为：

x(k+1)＝A₁x(k)+B₁v_i(k)+B₂v_g(k) (2)