[发明专利]一种并网变流器模型预测控制方法及控制系统

说明书

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。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种并网变流器模型预测控制方法及控制系统。

背景技术

一般来讲，并网变流器的输出端带有滤波装置用于抑制变流器的输出谐波，LCL滤波器因为其体积小以及高频谐波衰减能力的优势被广泛应用在并网变流器的相关产品中。

传统上一般采取比例积分(PI)，比例谐振(PR)以及重复控制等方法对并网变流器进行控制，然而，这些方法难以实现多目标优化。模型预测控制具有动态性能好并可进行多目标优化的优点，可以为并网变流器的性能提升与优化提供良好的支撑。

随着控制芯片的不断发展，在成本变化不大的前提下其性能逐渐提高，将模型预测控制应用于并网变流器产品的时机已逐渐成熟。模型预测控制需要根据变流器的数学模型对下一个控制周期的物理量进行预测进而选择变流器的开关状态，而以LCL作为滤波器的并网变流器是一个高阶系统，这在工程上处理好其模型与控制是一个技术难点，因此人们通常简化模型法，将LCL滤波器简化为L滤波器进行控制，或者控制时只考虑模型的低频特性，但是如此会影响考虑模型的动态特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种并网变流器模型预测控制方法及控制系统，旨在能解决现有模型预测影响考虑模型的动态特性以及避免使用高阶方程出现的技术难题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的第一方面提供一种并网变流器模型预测控制方法，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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；