[发明专利]一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制方法

说明书

本发明提出了一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制方法。本发明根据扩展功率理论结合控制周期，计算各控制周期的有功功率值和新型无功功率值；结合有功功率参考值和新型无功功率的参考值，基于无差拍控制给出参考电压矢量；判断参考电压矢量所在扇区，确定三个备选的电压矢量，并计算三个备选电压矢量的占空比；基于三个备选电压矢量的占空比，确定两个实际作用的电压矢量，并计算两个实际作用电压矢量的占空比，然后发出开关信号控制PWM整流器。相较于传统的双矢量模型预测直接功率控制方法，本发明优化了双矢量的选择过程和占空比的计算过程，进一步降低了控制算法的计算时间和计算复杂度。

技术领域

本发明属于柔性直流输电系统的运行与控制技术领域，尤其涉及一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制方法。

背景技术

三相PWM整流器接入不平衡电网时，交流侧电流易发生畸变，污染电网，降低电力电子装置的效率与可靠性。针对不平衡电网条件下的PWM整流器控制，现有方法主要包括两种，一是基于扩展功率理论的单矢量模型预测直接功率控制方法，二是基于扩展功率理论的双矢量模型预测直接功率控制方法。基于扩展功率理论的单矢量模型预测直接功率控制首先定义了一个成本函数，该成本函数通常是由有功误差的平方和新型无功误差的平方两者相加得来，其次通过采样当前时刻的电压、电流数据，计算当前时刻的有功和新型无功，然后依赖于实际系统模型，计算八个电压矢量在下一时刻的成本函数，选择其中最小的成本函数值所对应的电压矢量，发出相应的开关信号控制PWM整流器。该方法动态响应快，无需添加额外的功率补偿项，但是由于在一个控制周期内仅采用了一个开关矢量，有功纹波和新型无功纹波的误差较大。另外，该方法遍历计算了八个电压矢量所对应的成本函数，算法过程较为复杂，计算量大。基于扩展功率理论的双矢量模型预测直接功率控制方法在一个控制周期内采用了两个电压矢量，这两个电压矢量可以由一个非零电压矢量加上一个零电压矢量组成，也可由两个相邻非零电压矢量组成，这样的电压矢量组合总共包含了十二种。针对这十二种电压矢量组合中的每一种组合，首先需要计算当前组合中的两个电压矢量的有功斜率和无功斜率，并对成本函数求偏导，计算得到当前组合中的两个电压矢量的占空比，然后重新计算成本函数，得到当前组合所对应的成本函数。遍历十二次后，得到这十二种电压矢量组合所对应的成本函数，求出所有成本函数的最小值，及该最小值所对应的电压矢量组合及其占空比，最后发出相应开关信号控制PWM整流器。该方法的主要优点是，降低了有功纹波和无功纹波，但是该方法需要重复计算十二次占空比及成本函数，算法过程更为复杂，计算量进一步加大。

因此，有必要针对不平衡电网条件下的PWM整流器控制提出一种实现简单、复杂度低、计算量小，和控制精度高的方法。基于现有的方法，提出了一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制方法及系统，该方法是在扩展瞬时功率理论下提出了通用型模型预测优化控制方法及系统，并在此基础上优化了双矢量的选择与占空比计算过程，进一步降低了算法的复杂度与计算时间。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制方法。

本发明系统的技术方案为一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制系统，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；

所述三相交流电网与所述三相电压传感器通过导线连接；所述三相交流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；主控制器通过采样三相交流电网的电压和电流值，直流侧电容电压值，发出开关信号控制PWM整流器。

本发明方法的技术方案为一种不平衡电网条件下的通用型模型预测优化控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：采样三相电网电压、三相电网电流以及直流侧电容电压；