[发明专利]一种并联变流器集群的环流抑制直接预测控制方法及系统

说明书

本公开提出了一种并联变流器集群的环流抑制直接预测控制方法及系统，包括：获得变流器集群当前时刻的三相电流值并进行坐标变换及延时补偿；针对补偿后的三相电流值，预测在后续时刻的电流值，根据预测值计算代价函数，比较所有代价函数，选取使得其值最小的电压矢量作为最优电压矢量；针对补偿后的三相电流值，计算零序环流，根据当前k时刻的零序环流方向，选取零电压矢量；根据得到的最优电压矢量和零电压矢量，构建合成电压矢量，得到送至变流器的开关信号，以消除环流。可在精准控制输出电流的前提下，可有效消除并联变流器间的零序环流。

技术领域

本公开属于新能源并网、智能微电网和电力电子能量变换等技术领域，尤其涉及一种并联变流器集群的环流抑制直接预测控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

建设低碳、高效的能源系统是我国能源转型的核心目标，新能源接入及其能量变换是实现这一目标的关键手段。近年来，新能源规模的不断扩大，能量变换、传输的功率等级不断提高，因此研发设计大功率电力电子变流装备的需求迫切。为解决上述问题，仅从提升单机功率等级的角度出发仍存在诸多限制：①可扩展性差，无法实现灵活扩容；②可靠性差，局部故障即导致系统失效；③受限于功率半导体容量；④大容量的无源部件设计困难。模块化的设计思想是解决上述问题的有效手段，即，设计功能完整、低单机容量的模块单元，再通过多模块的并联运行实现系统的灵活扩容。

模块化的设计思想优势显著：①根据需求可灵活匹配，变流装备有效利用率高；②可靠性高，系统可在切除故障模块的条件下继续运行，且便于故障模块替换，易于即插即用；③不受功率半导体功率等级限制；④无源部件设计方案成熟，性价比高。

由上述论述可见，模块化设计在硬件设计难度、可靠性、灵活性等方面具有显著优势，是大功率电力电子变流装备的理想设计方案。然而，多电力电子变流装备并联运行，在仅依靠本地测量数据(无高速通信)的条件下，需要各功率单元按自身容量出力，同时要消除零序环流。上述要求对多模块单元的控制提出了巨大挑战。已公开的方案，均基于线性控制器，采用环路级联的控制框架。

针对三相交流-直流(AC-DC)变流器或三相直流-交流(DC-AC)变流器，已公开的方案均基于线性控制器，采用环路级联的控制框架。具体而言：①对采集的三相电流求和，获得实际零序电流；②用零序电流参考值0减去实际零序电流，获得误差信号；③将获得的误差信号送至线性控制器(如，PI控制器)，其输出获得零序电压补偿量；④将该零序补偿量与矢量控制获得的正序补偿量相叠加，从而获得变流器输出参考电压；⑤经PWM调制器，将该参考值调制，输出脉宽信号，驱动变流器。

上述方案是在矢量控制的基础上，叠加零序补偿电压，从而抑制零序环流。然而已公开方案存在动态响应慢、多目标控制实现难、非线性约束优化难等缺陷。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种并联变流器集群的环流抑制直接预测控制方法，可有效消除并联变流器间的零序环流。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了一种并联变流器集群的环流抑制直接预测控制方法，包括：

获得变流器集群当前时刻的三相电流值并进行坐标变换及延时补偿；

针对补偿后的三相电流值，预测在后续时刻的电流值，根据预测值计算代价函数，比较所有代价函数，选取使得其值最小的电压矢量作为最优电压矢量；

针对补偿后的三相电流值，计算零序环流，根据当前k时刻的零序环流方向，选取零电压矢量；

根据得到的最优电压矢量和零电压矢量，构建合成电压矢量，得到送至变流器的开关信号，以消除环流。

进一步的技术方案，进行坐标变换为将自然坐标系下的三相电流转换到正交坐标系下，以实现相间解耦。