[发明专利]一种基于扩展瞬时无功理论的快速模型预测控制方法

说明书

本发明提供了一种基于扩展瞬时无功理论的快速模型预测控制方法，具体步骤为：采集网侧三相电压与电流以及直流侧电容电压，利用Clarke变换转换网侧的三相电压与电流得到两相静止坐标系下电压与电流；基于扩展瞬时无功理论定义网侧新型复功率矢量；对新型复功率矢量求导并离散化，分析整流器功率误差来源及误差构成；根据零电压矢量作用的功率误差矢量与由扩展瞬时无功理论引起的功率误差矢量之和，计算其对应的相角与幅值；确定每个扇区作用的电压矢量；计算各电压矢量的作用时间，根据开关信号控制PWM整流器的运行。本发明优点在于，该方法无需电压电流的正负序分量分解及功率补偿的计算，计算量小，实现简单且直观，控制精度很高。

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，尤其涉及一种基于扩展瞬时无功理论的快速模型预测控制方法。

技术背景

目前，我国电力产业逐渐进入电力电子化的发展阶段，特别是柔性直流输电系统、新能源发电系统的大规模接入到现代电力系统。由于新能源发电系统具有的随机性与波动性，加之电网电压不平衡、非线性负载与不平衡负载的接入给电网的高电能质量要求带来很大影响。因此，为了满足电力电子变换器高性能的控制要求以及系统稳定，研究非理想电网条件下变换器的稳定增强控制方法，并提高其快速准确的功率调节能力是非常必要的。

近年来，模型预测控制方法由于其优越的控制性能以及强鲁棒性逐渐成为电力电子变换器的主要控制方法之一。其中，传统基于有限集的模型预测控制方法利用变换器有限离散开关状态的特点，通过优化并选择与控制变量误差相关的评价函数最小的开关状态作为下个周期的开关状态，但该控制方法计算量较大，需要遍历每个开关状态，而且功率控制脉动较大。为了改善并优化基于有限集的模型预测控制方法的控制性能，基于占空比优化的模型预测控制方法被相关学者研究，但该方法特别是在多矢量模型预测控制方法中，其每个电压矢量的作用时间的计算量仍然很大。为了进一步降低模型预测控制方法的计算量，并提高其变换器的稳定控制性能，基于单矢量、双矢量、三矢量的低复杂度快速的模型预测控制方法被相关学者提出，但该方法大部分研究主要考虑的是电网电压正常运行的条件下，对于非理想电网条件下特别是基于三矢量的快速模型预测控制方法的研究就更少。对于非理想电网条件下电力电子变换器的研究主要集中于基于开关矢量表与占空比优化的模型预测控制方法研究。

因此，考虑非理想电网条件下的电力电力变换器的运行特性，本发明提出一种基于扩展瞬时无功理论的低复杂度快速模型预测控制方法，该方法无需电压电流相关的正负序分量分解以及额外的功率补偿的计算量，而且最优电压矢量的也无需遍历所有的开关状态，仅需通过扇区即可判断，计算量小，实现简单且直观，控制精度很高。

发明内容

本发明系统的技术方案为一种基于扩展瞬时无功理论的快速模型预测控制方法，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。

本发明提供了一种基于扩展瞬时无功理论的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：基于扩展瞬时无功理论定义网侧的新型复功率矢量S_new；

步骤3：对基于扩展瞬时无功理论的新型复功率矢量S_new求导并离散化；