[发明专利]一种基于扩展有功理论的三矢量预测优化的增强控制方法

说明书

本发明提出一种基于扩展有功理论的三矢量预测优化的增强控制方法。本发明采集网侧三相电压、网侧三相电流以及直流侧电容电压，得到两相静止坐标系下的电压与电流；根据网侧两相静止坐标系的电压与电流，基于扩展瞬时有功功率理论建立其新型有功功率与无功功率的数学模型，分别求导并进行离散化；分析不平衡电网条件下AC/DC变换器的平均功率与二倍频分量的构成；建立新型有功与无功功率偏差平方和最小成本函数模型；确定第一作用非零电压矢量、第二作用非零电压矢量以及零电压矢量；进一步计算第一作用非零电压矢量、第二作用非零电压矢量以及零电压矢量的最优作用时间。本发明优点在于无需额外功率补偿计算，功率脉动小且网侧电流谐波含量小。

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有功理论的三矢量预测优化的增强控制方法。

技术背景

交流微电网与直流微电网已经逐渐成为我国配电网的主要组成部分，分别由分布式电源、能量变换装置、储能装置以及交流/直流负荷组成，其中连接交流微电网与直流微电网的AC/DC变换器成为整个微电网的重要支撑，在复杂电网运行条件下其稳定运行能力将会对微电网的安全可靠运行具有重要影响。因此，研究复杂电网运行条件特别是不平衡电网条件下AC/DC变换器的稳定控制具有重要的现实意义。

目前，由于模型预测控制技术的快速发展已经成为电力电子变换器的重要控制方法之一，在AC/DC变换器中有广泛的应用，主要包括：正常运行条件下变换器的单矢量/多矢量模型预测控制，不平衡电网条件下带功率补偿的单矢量、多矢量模型预测控制方法，但是该类控制方法在每个控制周期内需要计算额外功率补偿量，计算量较大。因此，学者们提出了基于扩展瞬时功率理论的不平衡电网条件下单矢量、多矢量模型预测控制方法，该类控制方法无需序分量分解、无需额外的功率补偿计算，由单矢量模型预测控制方法向多矢量模型预测控制技术发展，控制精度也越来越高。为了进一步丰富模型预测技术的多样性以及控制精度，本发明定义了一种扩展瞬时有功功率的计算方法，并将该方法引入到不平衡电网条件下AC/DC变换器的控制器的设计中，提出一种基于扩展有功理论的三矢量预测优化的增强控制方法。所提出的控制方法无需序分量分解、无需锁相环以及额外的功率补偿计算等，具有控制精度高与控制性能好的特点。

发明内容

本发明系统的技术方案为一种基于扩展有功理论的三矢量预测优化增强控制方法，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AC/DC变换器、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；所述主控制器与所述三相AC/DC变换器通过导线连接；所述的三相交流电网、三相滤波电感、三相AC/DC变换器、直流侧电容、直流侧负载通过导线依次串联连接。

本发明提供了一种基于扩展有功理论的三矢量预测优化的增强控制方法，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：根据网侧两相静止坐标系的电压与电流，基于扩展瞬时有功功率理论建立其新型有功功率与无功功率的数学模型，分别求导并进行离散化；

步骤3：基于新型有功功率与无功功率的数学模型，分析不平衡电网条件下AC/DC变换器的平均功率与二倍频分量的构成；

步骤4：基于不平衡电网条件下变换器的功率分析，以消除有功功率二倍频波动及保证网侧电流正弦为控制目标，建立新型有功功率偏差与无功功率偏差平方和最小成本函数模型；