[发明专利]一种低运算量的三电平四桥臂有源电力滤波器FCS-MPC控制方法

说明书

本发明提出一种低运算量的三电平四桥臂有源电力滤波器FCS‑MPC控制方法，为降低三电平四桥臂有源电力滤波器FCS‑MPC控制系统的预测运算量，兼顾电压跳变限制及电流跟随控制性能，本发明通过对谐波参考电流等效转化，获得等效参考电压，根据参考电压γ坐标轴分量参考值，按照空间分层思想进行一次获取备选电压矢量相对应的开关序列集合，结合冗余矢量电流跟随性能等效原则与电压跳变限制原则对备选电压矢量相对应的开关序列集合进行二次筛选；以电压跟随性能最优原则，通过代价函数选取最优电压矢量，也即实现了电流跟随性最优控制，输出对应开关矢量，并在下一控制周期作用于有源电力滤波器，该方法极大地降低了预测运算量，可将运算量从81次降低到4‑18次。

技术领域

本发明涉及三电平四桥臂有源电力滤波器控制技术领域，具体是一种低运算量的三电平四桥臂有源电力滤波器FCS-MPC控制方法。

背景技术

科技的飞速发展，电力电子设备及非线性负载广泛应用于电力系统中，谐波污染问题日益严重。谐波治理和三相电流不平衡是低压配电网三相四线制系统中常见的两类问题，三电平四桥臂有源电力滤波器(Active Power Filters,APF)是一种可以综合解决以上两种电能质量问题的重要措施。有限集模型预测控制(Finite Control Set ModelPredictive Control,FCS-MPC)技术具有建模直观，控制简单，可实现多目标优化控制，且无PWM调制器及PI参数调节等优点，已成为多电平APF控制的主要研究方向。

传统FCS-MPC直接应用于三电平四桥臂APF存在运算量大这一问题，且目前针对降低运算量方面的相关研究较少。因此，本发明提出一种低运算量的三电平四桥臂有源电力滤波器FCS-MPC控制方法。

发明内容

发明目的：为解决三电平四桥臂APF的FCS-MPC控制中存在的运算量大问题，实现兼顾冗余矢量电流跟随性能等效原则、电压跳变限制原则的三电平四桥臂APF的低运算量FCS-MPC控制。本发明提出了一种低运算量的三电平四桥臂有源电力滤波器FCS-MPC控制方法。

采用分层优化的思想将三电平四桥臂APF的备选电压空间矢量按γ坐标轴高度分为13个平面，以两两相邻平面构建备选电压矢量集合。根据无差拍控制思想，将谐波参考电流代入系统电流预测模型转化为等效的电压预测模型，得到等效的参考电压矢量，根据参考电压矢量的γ分量实际位置，一次获取备选电压矢量相对应的备选开关序列集合，依据冗余矢量电流跟随性能等效原则与电压跳变限制原则对备选开关序列集合进行二次筛选，筛选出最终参与预测的备选电压矢量的开关序列集合；根据电压跟随代价函数，选取代价函数最小值对应的一组开关矢量作为系统的最优开关矢量，并在下一周期作用于有源电力滤波器，该方法极大地降低了预测运算量，可将运算量从81次降低到4-18次。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种低运算量的三电平四桥臂有源电力滤波器FCS-MPC控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)对t_k时刻有源电力滤波器输出电流、谐波参考电流和电网电压进行采样，将上周期所选最优开关矢量作用于有源电力滤波器，进行控制延时补偿，根据预测模型计算出t_k+1时刻的有源电力滤波器输出电流。

(2)对t_k时刻谐波参考电流进行延时补偿，得到t_k+1时刻谐波参考电流。

(3)根据无差拍控制思想，将步骤(1)计算得到的t_k+1时刻的有源电力滤波器输出电流和步骤(2)得到的谐波参考电流通过预测模型转化为等效参考电压。

(4)根据步骤(3)中获取的t_k+1时刻等效参考电压矢量γ坐标轴参考值结合三电平四桥臂有源电力滤波器电压矢量空间分布，依据空间分层思想对三电平四桥臂有源电力滤波器的81个预测电压矢量进行一次选取。