[发明专利]一种基于模型预测控制的光伏变流器构网控制方法及装置有效

专利信息
申请号: 202210765433.0 申请日: 2022-07-01
公开(公告)号: CN114844115B 公开(公告)日: 2022-11-15
发明(设计)人: 杨鹏程;夏杨红;韦巍;于淼;彭勇刚;蔡宏达;李静 申请(专利权)人: 浙江大学;浙大城市学院
主分类号: H02J3/38 分类号: H02J3/38;H02J3/48;H02J3/50;H02J3/24;H02J3/16
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 刘静
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 模型 预测 控制 变流器 方法 装置
【说明书】:

发明公开了一种基于模型预测控制的光伏变流器构网控制方法及装置,采集光伏变流器当前时刻直流侧的光伏输入电压电流、交流侧输出电压电流和交流滤波器电流,建立光伏变流器的预测模型,计算下一采样时刻的光伏预测电压和交流预测电压;然后根据光伏出力状态和当前交流电压幅值确定光伏变流器运行模式以及下一采样时刻交流电压参考值;最后设计成本函数跟踪输出电压参考值,并在成本函数中加入惩罚函数用于舍弃不满足要求的开关状态。本发明可使光伏变流器在光伏出力充足时,独立构建交流电压,实现构网控制;当光伏出力不足无法满足负荷需求时,光伏变流器自适应调节输出电压幅值,同时稳定输出电压频率,并保持光伏最大功率输出。

技术领域

本发明涉及新能源发电并网控制技术领域,尤其涉及一种基于模型预测控制的光伏变流器构网控制方法及装置。

背景技术

近年来,随着光伏面板的成本不断下探以及光伏发电技术的日趋成熟,光伏正成为最有前景的可再生能源之一。然而现有光伏发电大多采用跟网型控制方法,需要锁相环测量并网点的相位信息,在弱电网中存在稳定问题,制约了光伏渗透率的提升。在弱电网甚至离网状态下,变流器宜采用构网型控制,主动建立母线电压保障系统稳定运行。对于光伏变流器,由于光伏出力具有随机性,其构网控制需要考虑光伏出力不足时的电压控制问题。

模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)具有参数整定难度小、鲁棒性强、适应多约束下多目标优化等优点,被广泛应用于新能源发电并网、变流器控制、轨迹跟踪等领域。在新能源发电并网控制领域中,变流器作为常见控制对象具有开关状态数目有限且离散的特点,将所有开关状态代入变流器预测模型,并将成本函数最小的开关状态作为最优开关状态,执行切换动作,便可跟踪相应的参考交流电压,实现构网控制。然而对于光伏变流器,其输入的直流电压随光伏面板运行点移动而变化,其输出功率也受光伏面板出力的限制,因此如何综合考虑光伏的最大出力、运行区间等物理约束,实现光伏变流器的构网控制是新能源发电并网控制领域的研究热点。

发明内容

本发明针对上述问题,提出一种基于模型预测控制的光伏变流器新型构网控制方法及装置,该方法及装置的控制对象是连接光伏面板和交流母线的光伏变流器,当光伏出力充足时,光伏变流器可不依赖于储能或电网提供电压支撑的条件下,构建交流电压,实现构网控制。

为了实现上述目的,本发明提供了一种基于模型预测控制的光伏变流器构网控制方法,包括如下步骤:

步骤1:采集光伏变流器直流侧输入光伏电压、输入光伏电流、交流侧输出三相电压、输出三相电流和交流滤波器三相电流,并将三相量变换至两相静止αβ坐标系分别得到交流输出电压、交流输出电流和交流滤波器电流,建立αβ坐标系下的光伏变流器预测模型,计算预测交流输出电压和预测光伏电压;

步骤2:计算参考相角和参考幅值,生成参考输出电压;

步骤3:根据步骤2的参考输出电压,并基于步骤1中的光伏变流器预测模型得到的预测交流输出电压和预测光伏电压,计算模型预测控制的成本函数,遍历光伏变流器的开关状态选取最小成本函数对应的开关状态执行,完成本周期的控制动作。

进一步地,所述αβ坐标系下的光伏变流器预测模型如下:

其中,

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