[发明专利]一种非理想电网条件下多矢量快速模型预测控制方法

说明书

本发明提出了一种非理想电网条件下多矢量快速模型预测控制方法。采集网侧三相电压、网侧三相电流以及直流侧电容电压，利用Clarke变换分别将网侧三相电压、网侧三相电流的abc坐标系转换到αβ坐标系下，从而得到两相静止坐标系下的电压与电流；基于瞬时功率理论定义网侧复功率矢量；对网侧复功率矢量求导；对以负共轭复功率矢量为控制变量进行求导；将负共轭复功率矢量的变化率的公式离散化，并求得功率误差；计算由零电压矢量造成的误差矢量的相角与幅值；计算需要补偿的功率大小；分别计算各电压矢量下的作用时间，用于根据开关信号控制非理想电网条件下PWM整流器的运行。本发明方法计算复杂度较低，计算速度较快，且控制精度高。

技术领域

本发明属于柔性直流输电系统换流器的运行与控制技术领域，尤其涉及一种非理想电网条件下多矢量快速模型预测控制方法。

背景技术

随着我国可再生能源的大力发展，不同电力电子变换器得到越来越多的使用，特别是在风力发电、光伏发电、以及柔性直流输电系统中得到了大规模应用与发展。由于可再生能源在我国的渗透比例越来越高，不同于传统发电方式的稳定性，这类可再生能源在发电的过程中会不可避免的产生低次谐波，严重影响电网的运行特性，加之电网电压缺相运行以及非线性负载等因素对电网的影响，不仅会降低电网的电能质量，还将会缩短负载的使用寿命。因此，研究非理想电网条件下电力电子变换器的高效运行，具有十分重要的价值与现实意义。

传统基于有限集的模型预测控制方法稳态性能较好，但是计算较为复杂且依赖模型，需要通过遍历的方式(7个电压矢量)确定最优的电压矢量，计算量较大。因此，为了减少控制方法的计算量并提高控制精度，本发明提出一种低复杂度的快速矢量模型预测控制方法。针对快速模型预测控制方法，主要包括单矢量快速模型预测控制、双矢量快速模型预测控制以及三矢量快速模型预测控制，目前的研究主要是基于理想电网条件下变换器的运行与控制，对于非理想电网条件下变换器的稳定控制，特别是在基于多矢量的低复杂度快速模型预测控制方面的研究很少。

因此，本发明针对非理想电网条件下PWM整流器的运行机制，提出一种低复杂度的三矢量快速模型预测控制方法，该控制方法不仅具有低复杂度、实现简单，计算速度快，而且控制精度高等特点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种非理想电网条件下多矢量快速模型预测控制方法。

本发明系统的技术方案为一种非理想电网条件下多矢量快速模型预测控制系统，其特征在于，包括：三相交流电网、三相滤波电感、三相电压传感器、三相电流传感器、直流电压传感器、主控制器、三相PWM整流器、直流侧电容、直流侧负载；

所述三相电网与所述三相电压传感器通过导线连接；所述三相电网与所述三相电流传感器通过导线连接；所述直流侧电容与所述直流电压传感器通过导线连接；所述主控制器分别与所述的三相电压传感器、三相电流传感器、直流电压传感器通过导线依次连接；所述的主控制器、三相交流电网、三相滤波电感、三相PWM整流器、直流侧电容、直流侧负载依次串联连接。

本发明提供了一种非理想电网条件下多矢量快速模型预测控制方法，主要包括下述步骤：

步骤1：采集网侧三相电压、网侧三相电流以及直流侧电容电压，利用Clarke变换分别将网侧三相电压、网侧三相电流的abc坐标系转换到αβ坐标系下，从而得到两相静止坐标系下的电压与电流；

步骤2：基于瞬时功率理论定义网侧复功率矢量S；

步骤3：对网侧复功率矢量S求导；

步骤4：对以负共轭复功率矢量-S^*为控制变量进行求导；

步骤5：将负共轭复功率矢量-S^*的变化率的公式离散化，并求得在一个采样周期结束后由电压矢量v造成的功率误差；

步骤6：计算由零电压矢量造成的误差矢量的相角与幅值；