本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙向交直流變換器模型預(yù)測電流控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，光伏發(fā)電、燃料電池、蓄電池等多種分布式直流電源的接入，使得雙向交直流電能轉(zhuǎn)換成為繼續(xù)解決的重要問題。直流分布式電源一般通過建立直流微網(wǎng)，與大電網(wǎng)相連，形成分布式發(fā)電系統(tǒng)。電網(wǎng)與直流母線間通過雙向交直流變換器和能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能量在電網(wǎng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)間的雙向流動。

目前，多數(shù)關(guān)于雙向交直流變換器的控制策略是采用脈寬調(diào)制，外部電壓環(huán)控制直流側(cè)電壓恒定，內(nèi)部電流環(huán)控制交流側(cè)電流波形。在不平衡電網(wǎng)電壓下，雙向交直流變換器的傳統(tǒng)控制方法是將電網(wǎng)電壓和電流，采用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行正負(fù)序分離，對于正序和負(fù)序分量分別進(jìn)行控制，計算量較大，控制復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有雙向交直流變換器的采用脈寬調(diào)制的控制策略計算量較大，控制復(fù)雜的技術(shù)問題，從而提供一種雙向交直流變換器模型預(yù)測電流控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種雙向交直流變換器模型預(yù)測電流控制方法，步驟如下，

步驟S1，定義雙向交直流變換器的開關(guān)狀態(tài)S_i；

其中，i為交流電網(wǎng)的相，且i∈(a,b,c)；

S2，獲取αβ兩相靜止坐標(biāo)下雙向交直流變換器的輸出電壓矢量U_j與開關(guān)狀態(tài)S_i的表達(dá)式。

具體步驟為，S2.1，在abc三相靜止坐標(biāo)系下，獲取雙向交直流變換器的輸出電壓與開關(guān)狀態(tài)S_i的計算公式，具體如下：

其中，U_dc為直流母線電壓，u_an為雙向交直流變換器的a相輸出電壓；u_bn為雙向交直流變換器的b相輸出電壓；u_cn為雙向交直流變換器的c相輸出電壓；S_a為a相的開關(guān)狀態(tài)值；S_b為b相的開關(guān)狀態(tài)值；S_c為c相的開關(guān)狀態(tài)值。

S2.2，對步驟S2.1中的公式2進(jìn)行Clark變換，得到αβ兩相靜止坐標(biāo)下雙向交直流變換器輸出電壓U_j與開關(guān)狀態(tài)S_i的表達(dá)式，具體如下：

其中，u_α為輸出電壓的α分量；u_β為輸出電壓的β分量；U_dc為直流母線電壓，S_a為a相的開關(guān)狀態(tài)值；S_b為b相的開關(guān)狀態(tài)值；S_c為c相的開關(guān)狀態(tài)值。

S3，構(gòu)造雙向交直流變換器與輸出電壓矢量U_j有關(guān)的功率預(yù)測模型；

具體步驟為，S3.1，根據(jù)基爾霍夫定律，得到并網(wǎng)逆變器在三相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程；

其中，u_an為雙向交直流變換器的a相輸出電壓；u_bn為雙向交直流變換器的b相輸出電壓；u_cn為雙向交直流變換器的c相輸出電壓；i_a為雙向交直流變換器的a相輸出電流；i_b為雙向交直流變換器的b相輸出電流；i_c為雙向交直流變換器的c相輸出電流；e_a為電網(wǎng)a相電壓；e_b為電網(wǎng)b相電壓；e_c為電網(wǎng)c相電壓；L為電感；R為電阻；

S3.2，對步驟S3.1中的公式4進(jìn)行Clark變換，得到αβ兩相靜止坐標(biāo)下的狀態(tài)方程；具體如下：

其中，L為電感；R為電阻；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；i_α為雙向交直流變換器的輸出電流的α分量；i_β為雙向交直流變換器的輸出電流的β分量；u_α為輸出電壓的α分量；u_β為輸出電壓的β分量；

S3.3，對步驟S3.2中的公式5進(jìn)行離散化并整理，得到雙向交直流變換器在t_k+1時刻預(yù)測電流：

式中，i_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；i_α(k)為t_k時刻輸出電流的α分量；i_β(k)為t_k時刻輸出電流的β分量；e_α(k)為t_k時刻電網(wǎng)電壓的α分量；e_β(k)為t_k時刻電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k)為t_k時刻輸出電壓的α分量；u_β(k)為t_k時刻輸出電壓的β分量；L為電感；R為電阻；T_s為采樣頻率；

S3.4，根據(jù)步驟S3.3中的公式6，得到t_k+2時刻雙向交直流變換器在t_k+2時刻預(yù)測電流；

式中，i_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；i_α(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的α分量；i_β(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的α分量；u_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的β分量；L為電感；R為電阻；T_s為采樣頻率；

S3.5，根據(jù)瞬時功率理論，得到電網(wǎng)側(cè)的有功功率p和無功功率q的計算公式，具體為：

式中：e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；i_α為輸出電流的α分量；i_β為輸出電流的β分量；p為有功功率，q為無功功率；

S3.6，對于三相平衡電網(wǎng)，當(dāng)采樣頻率T_s較高時，有：

S3.7，將步驟S3.6中的公式9代入步驟S3.5的公式8中，得到t_k+1時刻雙向交直流變換器的功率預(yù)測模型：

式中，P(k+1)為t_k+1時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+1)為t_k+1時刻無功功率預(yù)測值；P(k)為t_k時刻有功功率預(yù)測值；Q(k)為t_k時刻無功功率預(yù)測值；i_α(k)為t_k時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k)為t_k時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k)為t_k時刻輸出電壓的α分量；u_β(k)為t_k時刻輸出電壓的β分量；L為電感；T_s為采樣頻率；

S3.8，根據(jù)步驟S3.7中的公式10得到t_k+2時刻并網(wǎng)逆變器與輸出電壓U_j有關(guān)的功率預(yù)測模型；具體為：

其中，P(k+1)為t_k+1時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+1)為t_k+1時刻無功功率預(yù)測值；P(k+2)為t_k+2時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+2)為t_k+2時刻無功功率預(yù)測值；i_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的α分量；u_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的β分量；L為電感；T_s為采樣頻率；

S4，計算αβ靜止坐標(biāo)下的輸出電流參考值i_αref和i_βref；

具體步驟為，S4.1，在不平衡電網(wǎng)下，分別計算電網(wǎng)電壓e、輸出電流i的正序分量和負(fù)序分量；

式中：ω為dq坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度，為電網(wǎng)電壓在αβ坐標(biāo)系的正序分量；為電網(wǎng)電壓在αβ坐標(biāo)系的負(fù)序分量；為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的正序分量；為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的負(fù)序分量；為輸出電流在αβ坐標(biāo)系的正序分量；為輸出電流在αβ坐標(biāo)系的負(fù)序分量；為輸出電流在dq坐標(biāo)系的正序分量；為輸出電流在dq坐標(biāo)系的負(fù)序分量；e_d⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；e_q⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；e_d^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；e_q^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；i_d⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；i_q⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；i_d^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；i_q^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；

S4.2，獲得dq坐標(biāo)下的有功功率和無功功率與正負(fù)序分量之間的關(guān)系式；

具體步驟為：S4.2.1，根據(jù)瞬時功率理論，電網(wǎng)側(cè)功率表示如下：

S＝ei^*＝p+jq (14)；

式中：

其中，p為有功功率，q為無功功率；p₀為有功功率的基準(zhǔn)值；p_c2為有功功率的余弦脈動分量；p_s2為有功功率的正弦脈動分量；q₀為無功功率的基準(zhǔn)值；q_c2為無功功率的余弦脈動分量；q_s2為無功功率的正弦脈動分量；

S4.2.2，將步驟S4.1中公式12和公式13代入步驟S4.2.1中的公式15，計算整理，得到dq坐標(biāo)下的有功功率和無功功率與正負(fù)序分量之間的關(guān)系式：

式中：p₀為有功功率的基準(zhǔn)值；p_c2為有功功率的余弦脈動分量；p_s2為有功功率的正弦脈動分量；q₀為無功功率的基準(zhǔn)值；q_c2為無功功率的余弦脈動分量；q_s2為無功功率的正弦脈動分量；e_d⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；e_q⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；e_d^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；e_q^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；i_d⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；i_q⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；i_d^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；i_q^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；

S4.3，得到在αβ靜止坐標(biāo)系下，有功功率p、無功功率q與電網(wǎng)電壓、輸出電流及電網(wǎng)電壓的90°延遲信號、輸出電流的的90°延遲信號的關(guān)系式。

具體步驟如下：S4.3.1，在αβ靜止坐標(biāo)系下，計算90°延遲信號與正負(fù)序分量之間的關(guān)系：

假設(shè)αβ靜止坐標(biāo)系下的變量為x，則其90°延遲信號表示為x′，延遲信號與正負(fù)序分量之間的關(guān)系為：

x′＝x_αβ^+′+x_αβ^-′＝-jx_αβ⁺+jx_αβ^- (17)；

則x、x′與正負(fù)序分量的關(guān)系表示為：

S4.3.2，對步驟S4.3.1中的公式18求逆可得：

整理后，得到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和αβ靜止坐標(biāo)系的正負(fù)序分量之間的關(guān)系為：

S4.3.3，結(jié)合步驟S4.3.2中的公式19和公式20，得到dq坐標(biāo)系下正負(fù)序分量與αβ坐標(biāo)下變量及延遲信號之間的表達(dá)式：

S4.3.4，將步驟S4.3.3中的公式21代入步驟S4.2中的公式16，得到dq坐標(biāo)下的有功功率和無功功率與正負(fù)序分量之間的關(guān)系式：

其中：

式中：i_α為輸出電流的α分量；i_β為輸出電流的β分量；i_α′為輸出電流α分量的90°延遲信號；i_β′為輸出電流β分量的90°延遲信號；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；e_α′為電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號；e_β′為電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號。

S4.4，為消除雙向交直流變換器功率的二次脈動，分為有功功率的二次脈動和無功功率的二次脈動；

為消除有功功率的二次脈動，實現(xiàn)雙向交直流變換器有功功率的穩(wěn)定輸出，令：

根據(jù)步驟S4.3中的公式22和公式23求解公式24，得到輸出電流參考值與有功功率、電網(wǎng)電壓的α分量、β分量及延遲信號之間的表達(dá)式：

式中，i_αref為輸出電流參考值的α分量；i_βref為輸出電流參考值的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；e_α′為電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號；e_β′為電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號；p_ref為有功功率給定值；

為消除無功功率的二次脈動，實現(xiàn)雙向交直流變換器無功功率的穩(wěn)定輸出，令：

根據(jù)步驟S4.3中的公式22和公式23求解公式26，輸出電流參考值與無功功率、電網(wǎng)電壓的α分量、β分量及延遲信號之間的表達(dá)式：

式中，i_αref為輸出電流參考值的α分量；i_βref為輸出電流參考值的β分量；e_x為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；e_α′為電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號；e_β′為電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號；q_ref為有功功率給定值；

S5，構(gòu)造價值函數(shù)g；

其中，i_αref為輸出電流參考值的α分量；i_βref為輸出電流參考值的β分量；λ為權(quán)重系數(shù)；i_α(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的α分量；i_β(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的β分量；P(k+2)為t_k+2時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+2)為t_k+2時刻無功功率預(yù)測值；

S6，初始化，給定價值函數(shù)g的比較變量m，并給比較變量m和開關(guān)狀態(tài)S_i賦初值；

S7，采集電網(wǎng)電壓e_a、e_b、e_c，進(jìn)行Clark變換得到電網(wǎng)電壓的α分量e_α和β分量e_β，并對電網(wǎng)電壓的α分量e_α、電網(wǎng)電壓的β分量e_β分別進(jìn)行90°延遲，得到電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號和電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號；采集雙向交直流變換器的輸出電流i_a、i_b、i_c并進(jìn)行Clark變換得到雙向交直流變換器輸出電流的α分量i_α和β分量i_β，并對輸出電流的α分量i_α和β分量i_β分別進(jìn)行90°延遲，得到輸出電流α分量的90°延遲信號和輸出電流β分量的90°延遲信號；

S8，結(jié)合步驟S2和S7計算當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)下的雙向交直流變換器的輸出電壓U_j；

S9，結(jié)合步驟S3和步驟S8計算雙向交直流變換器的第一次輸出電流預(yù)測值和第一次功率預(yù)測值；

S10，結(jié)合步驟S3、步驟S8和步驟S9計算雙向交直流變換器的第二次輸出電流預(yù)測值和第二次功率預(yù)測值；

S11，結(jié)合步驟S4和步驟S7計算αβ靜止坐標(biāo)下的輸出電流參考值i_αref和i_βref；

S12，結(jié)合步驟S5、步驟S9和步驟S10計算價值函數(shù)g；

S13，比較價值函數(shù)g與比較變量m的大小，并將最小值賦值給比較變量m；

S14，判斷循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)循環(huán)次數(shù)小于設(shè)定值時，改變開關(guān)狀態(tài)值，重復(fù)步驟S7-S13；當(dāng)循環(huán)次數(shù)等于設(shè)定值時，輸出最小價值函數(shù)g所對應(yīng)的輸出電壓矢量U_j；輸出電壓矢量U_j所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)應(yīng)用于下一時刻，實現(xiàn)直接功率控制。

本發(fā)明將模型預(yù)測控制方法應(yīng)用于不平衡電網(wǎng)下的雙向交直流變換器，在傳統(tǒng)模型預(yù)測電流控制基礎(chǔ)上，利用αβ靜止坐標(biāo)系下的電壓、電流以及它們的90°延遲信號表達(dá)電流參考值，用以消除有功功率脈動或無功功率脈動，減小電流畸變。采用兩步預(yù)測，超前計算出最優(yōu)電壓矢量，對算法延時進(jìn)行有效補(bǔ)償，減小延時對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。加入延時補(bǔ)償后，當(dāng)采樣頻率較高時，本發(fā)明控制策略能夠顯著減小功率波動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙向交直流變換器故障容錯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明模型預(yù)測控制結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1-2所示，一種雙向交直流變換器模型預(yù)測電流控制方法，步驟如下，

步驟S1，定義雙向交直流變換器的開關(guān)狀態(tài)S_i；

其中，i為交流電網(wǎng)的相，且i∈(a,b,c)；

S2，獲取αβ兩相靜止坐標(biāo)下雙向交直流變換器的輸出電壓矢量U_j與開關(guān)狀態(tài)S_i的表達(dá)式。

具體步驟為，S2.1，在abc三相靜止坐標(biāo)系下，獲取雙向交直流變換器的輸出電壓與開關(guān)狀態(tài)S_i的計算公式，具體如下：

其中，U_dc為直流母線電壓，u_an為雙向交直流變換器的a相輸出電壓；u_bn為雙向交直流變換器的b相輸出電壓；u_cn為雙向交直流變換器的c相輸出電壓；S_a為a相的開關(guān)狀態(tài)值；S_b為b相的開關(guān)狀態(tài)值；S_c為c相的開關(guān)狀態(tài)值。

S2.2，對步驟S2.1中的公式2進(jìn)行Clark變換，得到αβ兩相靜止坐標(biāo)下雙向交直流變換器輸出電壓U_j與開關(guān)狀態(tài)S_i的表達(dá)式，具體如下：

其中，u_α為輸出電壓的α分量；u_β為輸出電壓的β分量；U_dc為直流母線電壓，S_a為a相的開關(guān)狀態(tài)值；S_b為b相的開關(guān)狀態(tài)值；S_c為c相的開關(guān)狀態(tài)值。

S3，構(gòu)造雙向交直流變換器與輸出電壓矢量U_j有關(guān)的功率預(yù)測模型；

具體步驟為，S3.1，根據(jù)基爾霍夫定律，得到并網(wǎng)逆變器在三相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程；

其中，u_an為雙向交直流變換器的a相輸出電壓；u_bn為雙向交直流變換器的b相輸出電壓；u_cn為雙向交直流變換器的c相輸出電壓；i_a為雙向交直流變換器的a相輸出電流；i_b為雙向交直流變換器的b相輸出電流；i_c為雙向交直流變換器的c相輸出電流；e_a為電網(wǎng)a相電壓；e_b為電網(wǎng)b相電壓；e_c為電網(wǎng)c相電壓；L為電感；R為電阻；

S3.2，對步驟S3.1中的公式4進(jìn)行Clark變換，得到αβ兩相靜止坐標(biāo)下的狀態(tài)方程；具體如下：

其中，L為電感；R為電阻；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；i_α為雙向交直流變換器的輸出電流的α分量；i_β為雙向交直流變換器的輸出電流的β分量；u_α為輸出電壓的α分量；u_β為輸出電壓的β分量；

S3.3，對步驟S3.2中的公式5進(jìn)行離散化并整理，得到雙向交直流變換器在t_k+1時刻預(yù)測電流：

式中，i_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；i_α(k)為t_k時刻輸出電流的α分量；i_β(k)為t_k時刻輸出電流的β分量；e_α(k)為t_k時刻電網(wǎng)電壓的α分量；e_β(k)為t_k時刻電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k)為t_k時刻輸出電壓的α分量；u_β(k)為t_k時刻輸出電壓的β分量；L為電感；R為電阻；T_s為采樣頻率；

S3.4，根據(jù)步驟S3.3中的公式6，得到t_k+2時刻雙向交直流變換器在t_k+2時刻預(yù)測電流；

式中，i_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；i_α(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的α分量；i_β(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的α分量；u_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的β分量；L為電感；R為電阻；T_s為采樣頻率；

S3.5，根據(jù)瞬時功率理論，得到電網(wǎng)側(cè)的有功功率p和無功功率q的計算公式，具體為：

式中：e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；i_α為輸出電流的α分量；i_β為輸出電流的β分量；p為有功功率，q為無功功率；

S3.6，對于三相平衡電網(wǎng)，當(dāng)采樣頻率T_s較高時，有：

S3.7，將步驟S3.6中的公式9代入步驟S3.5的公式8中，得到t_k+1時刻雙向交直流變換器的功率預(yù)測模型：

式中，P(k+1)為t_k+1時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+1)為t_k+1時刻無功功率預(yù)測值；P(k)為t_k時刻有功功率預(yù)測值；Q(k)為t_k時刻無功功率預(yù)測值；i_α(k)為t_k時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k)為t_k時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k)為t_k時刻輸出電壓的α分量；u_β(k)為t_k時刻輸出電壓的β分量；L為電感；T_s為采樣頻率；

S3.8，根據(jù)步驟S3.7中的公式10得到t_k+2時刻并網(wǎng)逆變器與輸出電壓U_j有關(guān)的功率預(yù)測模型；具體為：

其中，P(k+1)為t_k+1時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+1)為t_k+1時刻無功功率預(yù)測值；P(k+2)為t_k+2時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+2)為t_k+2時刻無功功率預(yù)測值；i_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的α分量；i_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電流預(yù)測值的β分量；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；u_α(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的α分量；u_β(k+1)為t_k+1時刻輸出電壓的β分量；L為電感；T_s為采樣頻率；

S4，計算αβ靜止坐標(biāo)下的輸出電流參考值i_αref和i_βref；

具體步驟為，S4.1，在不平衡電網(wǎng)下，分別計算電網(wǎng)電壓e、輸出電流i的正序分量和負(fù)序分量；

式中：ω為dq坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度，為電網(wǎng)電壓在αβ坐標(biāo)系的正序分量；為電網(wǎng)電壓在αβ坐標(biāo)系的負(fù)序分量；為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的正序分量；為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的負(fù)序分量；為輸出電流在αβ坐標(biāo)系的正序分量；為輸出電流在αβ坐標(biāo)系的負(fù)序分量；為輸出電流在dq坐標(biāo)系的正序分量；為輸出電流在dq坐標(biāo)系的負(fù)序分量；e_d⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；e_q⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；e_d^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；e_q^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；i_d⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；i_q⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；i_d^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；i_q^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；

S4.2，獲得dq坐標(biāo)下的有功功率和無功功率與正負(fù)序分量之間的關(guān)系式；

具體步驟為：S4.2.1，根據(jù)瞬時功率理論，電網(wǎng)側(cè)功率表示如下：

S＝ei^*＝p+jq (14)；

式中：

其中，p為有功功率，q為無功功率；p₀為有功功率的基準(zhǔn)值；p_c2為有功功率的余弦脈動分量；p_s2為有功功率的正弦脈動分量；q₀為無功功率的基準(zhǔn)值；q_c2為無功功率的余弦脈動分量；q_s2為無功功率的正弦脈動分量；

S4.2.2，將步驟S4.1中公式12和公式13代入步驟S4.2.1中的公式15，計算整理，得到dq坐標(biāo)下的有功功率和無功功率與正負(fù)序分量之間的關(guān)系式：

式中：p₀為有功功率的基準(zhǔn)值；p_c2為有功功率的余弦脈動分量；p_s2為有功功率的正弦脈動分量；q₀為無功功率的基準(zhǔn)值；q_c2為無功功率的余弦脈動分量；q_s2為無功功率的正弦脈動分量；e_d⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；e_q⁺為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；e_d^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；e_q^-為電網(wǎng)電壓在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；i_d⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸正序分量數(shù)值；i_q⁺為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸正序分量數(shù)值；i_d^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的d軸負(fù)序分量數(shù)值；i_q^-為輸出電流在dq坐標(biāo)系的q軸負(fù)序分量數(shù)值；

S4.3，得到在αβ靜止坐標(biāo)系下，有功功率p、無功功率q與電網(wǎng)電壓、輸出電流、電網(wǎng)電壓的90°延遲信號、輸出電流的90°延遲信號的關(guān)系表達(dá)式。

具體步驟如下：S4.3.1，在αβ靜止坐標(biāo)系下，計算90°延遲信號與正負(fù)序分量之間的關(guān)系：

假設(shè)αβ靜止坐標(biāo)系下的變量為x，則其90°延遲信號表示為x′，延遲信號與正負(fù)序分量之間的關(guān)系為：

x′＝x_αβ^+′+x_αβ^-′＝-jx_αβ⁺+jx_αβ^- (17)；

則x、x′與正負(fù)序分量的關(guān)系表示為：

S4.3.2，對步驟S4.3.1中的公式18求逆可得：

整理后，得到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和αβ靜止坐標(biāo)系的正負(fù)序分量之間的關(guān)系為：

S4.3.3，結(jié)合步驟S4.3.2中的公式19和公式20，得到dq坐標(biāo)系下正負(fù)序分量與αβ坐標(biāo)下變量及延遲信號之間的表達(dá)式：

S4.3.4，將步驟S4.3.3中的公式21代入步驟S4.2中的公式16，得到dq坐標(biāo)下的有功功率和無功功率與正負(fù)序分量之間的關(guān)系式：

其中：

式中：i_α為輸出電流的α分量；i_β為輸出電流的β分量；i_α′為輸出電流α分量的90°延遲信號；i_β′為輸出電流β分量的90°延遲信號；e_α為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；e_α′為電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號；e_β′為電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號。

S4.4，為消除雙向交直流變換器功率的二次脈動，分為有功功率的二次脈動和無功功率的二次脈動；

為消除有功功率的二次脈動，實現(xiàn)雙向交直流變換器有功功率的穩(wěn)定輸出，令：

根據(jù)步驟S4.3中的公式22和公式23求解公式24，得到輸出電流參考值與有功功率、電網(wǎng)電壓的α分量、β分量及延遲信號之間的表達(dá)式：

式中，i_αref為輸出電流參考值的α分量；i_βref為輸出電流參考值的β分量；e_x為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；e_α′為電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號；e_β′為電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號；p_ref為有功功率給定值；

為消除無功功率的二次脈動，實現(xiàn)雙向交直流變換器無功功率的穩(wěn)定輸出，令：

根據(jù)步驟S4.3中的公式22和公式23求解公式26，輸出電流參考值與無功功率、電網(wǎng)電壓的α分量、β分量及延遲信號之間的表達(dá)式：

式中，i_αref為輸出電流參考值的α分量；i_βref為輸出電流參考值的β分量；e_x為電網(wǎng)電壓的α分量；e_β為電網(wǎng)電壓的β分量；e_α′為電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號；e_β′為電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號；q_ref為有功功率給定值；

S5，構(gòu)造價值函數(shù)g；

其中，i_αref為輸出電流參考值的α分量；i_βref為輸出電流參考值的β分量；λ為權(quán)重系數(shù)；i_α(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的α分量；i_β(k+2)為t_k+2時刻輸出電流的β分量；P(k+2)為t_k+2時刻有功功率預(yù)測值；Q(k+2)為t_k+2時刻無功功率預(yù)測值；

S6，初始化，給定價值函數(shù)g的比較變量m，并給比較變量m和開關(guān)狀態(tài)S_i賦初值；

S7，采集電網(wǎng)電壓e_a、e_b、e_c，進(jìn)行Clark變換得到電網(wǎng)電壓的α分量e_α和β分量e_β，并對電網(wǎng)電壓的α分量e_α、電網(wǎng)電壓的β分量e_β分別進(jìn)行90°延遲，得到電網(wǎng)電壓α分量的90°延遲信號和電網(wǎng)電壓β分量的90°延遲信號；采集雙向交直流變換器的輸出電流i_a、i_b、i_c并進(jìn)行Clark變換得到雙向交直流變換器輸出電流的α分量i_α和β分量i_β,并對輸出電流的α分量i_α和β分量i_β分別進(jìn)行90°延遲，得到輸出電流α分量的90°延遲信號和輸出電流β分量的90°延遲信號；

S8，結(jié)合步驟S2和S7計算當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)下的雙向交直流變換器的輸出電壓U_j；

S9，結(jié)合步驟S3和步驟S8計算雙向交直流變換器的第一次輸出電流預(yù)測值和第一次功率預(yù)測值；

S10，結(jié)合步驟S3、步驟S8和步驟S9計算雙向交直流變換器的第二次輸出電流預(yù)測值和第二次功率預(yù)測值；

S11，結(jié)合步驟S4和步驟S7計算αβ靜止坐標(biāo)下的輸出電流參考值i_αref和i_βref；

S12，結(jié)合步驟S5、步驟S9和步驟S10計算價值函數(shù)g；

S13，比較價值函數(shù)g與比較變量m的大小，并將最小值賦值給比較變量m；

S14，判斷循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)循環(huán)次數(shù)小于設(shè)定值時，改變開關(guān)狀態(tài)值，重復(fù)步驟S7-S13；當(dāng)循環(huán)次數(shù)等于設(shè)定值時，輸出最小價值函數(shù)g所對應(yīng)的輸出電壓矢量U_j；輸出電壓矢量U_j所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)應(yīng)用于下一時刻，實現(xiàn)直接功率控制。

本發(fā)明利用αβ靜止坐標(biāo)系下的電壓、電流以及其90°延遲信號，無需傳統(tǒng)的正負(fù)序分離控制，設(shè)計了改進(jìn)的模型預(yù)測電流控制策略，消除有功功率或無功功率脈動，降低電流畸變。

并且為改善控制系統(tǒng)性能，使用兩步預(yù)測法對延時進(jìn)行補(bǔ)償。t_k時刻采樣并應(yīng)用當(dāng)前時刻開關(guān)狀態(tài)，t_k+1時刻預(yù)測值作為所有開關(guān)狀態(tài)預(yù)測的開始，對t_k+2時刻的功率進(jìn)行預(yù)測，選出使價值函數(shù)最小的開關(guān)狀態(tài)，待t_k+1時刻更新。雖然增加了t_k+2時刻的功率預(yù)測，但每次采樣后能夠立即更新開關(guān)狀態(tài)。兩者對比，延時補(bǔ)償后具有更好的實時控制性能。