[发明专利]一种应用于三相并网逆变器的定频模型预测控制方法

说明书

本发明涉及一种应用于三相并网逆变器的定频模型预测控制方法。该方法针对传统的有限控制集模型预测电流控制算法(FCS‑MPCC)存在开关频率不固定导致逆变器的输出滤波器难以设计、并网质量差和在线计算量大造成系统延时的问题，通过增加延时补偿策略以应对系统延时，设计定频模型预测电流控制算法（FSF‑MPCC）。本发明方法能够提高并网质量，降低系统延时。

技术领域

本发明属于电力设备领域，具体涉及一种应用于三相并网逆变器的定频模型预测控制方法。

背景技术

在三相电压型并网逆变器中常见的控制策略有：PID控制、电流滞环跟踪控制、模糊控制以及预测控制。在工程实际应用场合中，应用最广泛的控制策略是PID控制，PID控制器结构简单，系统抗干扰能力强且理论成熟，但是，由于控制器中存在积分环节，在跟踪参考信号时存在稳态跟踪误差且PID参数设计困难，特别是在非线性系统和多变量系统中较为明显。电力电子系统本质上是混合型的非线性系统，传统的线性控制技术在此存在一定的局限性，而MPC对于处理非线性系统具有较大的优势。其中，有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)无需调制器、运算量小而且无需综合考虑预测时域、控制时域、各时域目标函数权值系统的配合设计等，这使得其成为研究热点，FCS-MPC因其开关动作随机且单个控制周期内仅选择一个最优的电压矢量，从而导致电力电子系统的开关频率不固定。恒定的开关频率是设计滤波器的一个重要参数，无法实现定频控制则难以准确设计滤波器的大小，往往为了削弱较低开关频率所产生的谐波畸变而选择较大的滤波器参数，使得滤波器的体积与成本增加且跟踪参考时存在稳态静差。因此，通过实现FCS-MPC的定频控制则可以优化滤波器设计，在减小滤波器的体积的同时仍能够保持控制系统具有较低的谐波畸变。

发明内容

本发明的目的在于针对传统的有限控制集模型预测电流控制(FCS-MPCC)存在开关频率不固定导致逆变器的输出滤波器难以设计、并网质量差和在线计算量大造成系统延时的问题，提供一种应用于三相并网逆变器的定频模型预测控制方法，该方法通过增加延时补偿策略以应对系统延时，并设计定频模型预测电流控制算法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于三相并网逆变器的定频模型预测控制方法，包括如下步骤：

S1、对三相电压型并网逆变器的数学模型进行欧拉法离散化并通过Clarke等功率变换得到其在两相静止αβ坐标系中的数学模型：

式中，i_α(k)、i_β(k)分别为k时刻α、β轴上并网电流分量，i_pα(k+1)、i_pβ(k+1)分别为k时刻对k+1时刻α、β轴上并网电流分量的预测值，e_α(k)、e_β(k)分别为k时刻α、β轴上电网电压分量，u_α(k)、u_β(k)分别为k时刻α、β轴上输出电压分量，T_s为采样周期，L为输出滤波电感，R为线路串联等效电阻；