本發(fā)明涉及新能源變換技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種含延時(shí)補(bǔ)償?shù)挠邢藜Ｐ皖A(yù)測(cè)電壓控制方法。

背景技術(shù)：

能源問(wèn)題一直是全球共同面臨的熱點(diǎn)問(wèn)題，近年來(lái)，可再生能源越來(lái)越受到人們的關(guān)注，各種新型能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。逆變部分是新能源發(fā)電系統(tǒng)與負(fù)載和電網(wǎng)連接的橋梁，是系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，對(duì)逆變器輸出的電能質(zhì)量提出了更高的要求，也對(duì)逆變器的控制也提出了新的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的逆變控制方法有滯環(huán)控制、雙環(huán)控制、模糊控制等，近年來(lái)，有限集模型預(yù)測(cè)控制(Finite Control SetModel Predictive Control,FCS-MPC)在電力電子變換器上的應(yīng)用為逆變器控制研究提供了新的思路。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)取得了一定的研究成果，如在代價(jià)函數(shù)中增加約束條件實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制；考慮計(jì)算時(shí)間的問(wèn)題，提出了更為計(jì)算量較小的更為快速的預(yù)測(cè)控制方法等。目前國(guó)內(nèi)外的研究更多的集中在對(duì)逆變器輸出電流的控制，而對(duì)輸出電壓控制的研究相對(duì)較少，對(duì)于計(jì)算帶來(lái)的延時(shí)問(wèn)題的關(guān)注也有所欠缺，在控制算法的完備性和精度的考量上還有值得進(jìn)一步提高的地方。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含延時(shí)補(bǔ)償?shù)挠邢藜Ｐ皖A(yù)測(cè)電壓控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種含延時(shí)補(bǔ)償?shù)挠邢藜Ｐ皖A(yù)測(cè)電壓控制方法，包括如下步驟：

步驟S1：采集當(dāng)前時(shí)刻t_k下，NPC逆變器負(fù)載側(cè)的電壓電流狀態(tài)，包括：當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)載側(cè)電壓v_l(k)、負(fù)載電流i_l(k)以及逆變器輸出電流i_o(k)；

步驟S2：應(yīng)用之前t_k-2時(shí)刻通過(guò)預(yù)測(cè)計(jì)算出的當(dāng)前時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)；

步驟S3：計(jì)算t_k+2時(shí)刻N(yùn)PC逆變器負(fù)載側(cè)電壓的參考電壓

步驟S4：計(jì)算t_k+1時(shí)刻的負(fù)載側(cè)電壓v_l(k+1)；負(fù)載電流i_l(k+1)；逆變器輸出電流i_o(k+1)；

步驟S5：計(jì)算t_k+2時(shí)刻時(shí)負(fù)載電壓的預(yù)測(cè)值v_l(k+2)；

步驟S6：通過(guò)所述步驟S5對(duì)NPC逆變器預(yù)設(shè)的開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的負(fù)載側(cè)電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與所述步驟S3獲取的參考電壓進(jìn)行比較，選取差值的絕對(duì)值最小的開關(guān)狀態(tài)作為t_k+2時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)；

步驟S7：保存當(dāng)前時(shí)刻的采樣值，開始下一時(shí)刻的采樣循環(huán)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S3中，參考電壓選取工頻正弦電壓，并記為：

式中:V_l^*為參考電壓幅值；θ(k)為參考電壓的矢量角；穩(wěn)態(tài)時(shí)，該矢量以角速度ω旋轉(zhuǎn)且幅值不變，則t_k+2時(shí)刻的參考電壓表示為：

其中，T_s為系統(tǒng)采樣時(shí)間。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S4中，由逆變系統(tǒng)模型得：

上式中：L_f為濾波電感；R_f為濾波電阻；C_f為濾波電容；v_l為負(fù)載側(cè)電壓；i_l為負(fù)載電流；v_o為逆變器輸出電壓；i_o為逆變器輸出電流；

經(jīng)整理得狀態(tài)空間方程：

上式中：

對(duì)上述狀態(tài)方程進(jìn)行離散化得：

上式中：v_o(k)為當(dāng)前時(shí)刻逆變器輸出電壓；T_s為系統(tǒng)采樣時(shí)間；i_l(k+1)由拉格朗日插值多項(xiàng)式求得：i_l(k+1)＝3i_l(k)-3i_l(k-1)+i_l(k-2)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S5中，采用如下方式獲取所述預(yù)測(cè)值v_l(k+2)：

在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述步驟S6中，通過(guò)代價(jià)函數(shù)進(jìn)行判斷。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明針對(duì)FCS-MPC存在的計(jì)算延時(shí)問(wèn)題，以逆變負(fù)載側(cè)電壓為控制目標(biāo)，提出一種含有延時(shí)補(bǔ)償?shù)挠邢藜Ｐ皖A(yù)測(cè)電壓控制(Finite Control Set Model Predictive Voltage Control,FCS-MPVC)，并將其應(yīng)用在三相三電平NPC逆變器中，具有較好的控制效果，魯棒性和可靠性更佳。對(duì)傳統(tǒng)算法存在的計(jì)算延時(shí)問(wèn)題進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，提高了控制算法的性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中一種含延時(shí)補(bǔ)償?shù)挠邢藜Ｐ皖A(yù)測(cè)電壓控制方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中三相NPC逆變系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中三相NPC逆變器開關(guān)狀態(tài)圖。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中有無(wú)延時(shí)補(bǔ)償跟蹤比較示意圖。

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中輸出電壓跟蹤比較示意圖。

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中三相輸出負(fù)載電壓波形示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種含延時(shí)補(bǔ)償?shù)挠邢藜Ｐ皖A(yù)測(cè)電壓控制方法，如圖1所示，包括以下步驟:

步驟S1：采集當(dāng)前時(shí)刻t_k下，系統(tǒng)的電壓電流狀態(tài)，其中包括：當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)載側(cè)電壓v_l(k)；負(fù)載電流i_l(k)；逆變器輸出電流i_o(k)；

步驟S2：應(yīng)用之前t_k-2采樣時(shí)刻預(yù)測(cè)計(jì)算出的當(dāng)前時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)；

步驟S3：計(jì)算t_k+2時(shí)刻負(fù)載電壓的參考值；

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，參考電壓選取工頻正弦電壓，可以表示為：

式中:V_l^*為參考電壓幅值；θ(k)為參考電壓的矢量角。穩(wěn)態(tài)時(shí)，該矢量以角速度ω旋轉(zhuǎn)且幅值不變，則t_k+2時(shí)刻的參考電壓可表示為：

步驟S4：根據(jù)已有數(shù)據(jù)計(jì)算t_k+1時(shí)刻時(shí)，負(fù)載側(cè)電壓v_l(k+1)；負(fù)載電流i_l(k+1)；逆變器輸出電流i_o(k+1)；

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖2所示，由逆變系統(tǒng)模型可以推得：

上式中：L_f為濾波電感；R_f為濾波電阻；C_f為濾波電容；v_l為負(fù)載側(cè)電壓；i_l為負(fù)載電流；v_o為逆變器輸出電壓；i_o為逆變器輸出電流；

經(jīng)整理可得狀態(tài)空間方程：

式中：

對(duì)上述狀態(tài)方程進(jìn)行離散化可得：

式中：v_o(k)為逆變器輸出電壓；T_s為系統(tǒng)采樣時(shí)間；i_l(k+1)由拉格朗日插值多項(xiàng)式求得：i_l(k+1)＝3i_l(k)-3i_l(k-1)+i_l(k-2)；

步驟S5：根據(jù)已有數(shù)據(jù)計(jì)算t_k+2時(shí)刻時(shí)負(fù)載電壓的預(yù)測(cè)值v_l(k+2)，即：

步驟S6：將NPC逆變器預(yù)設(shè)的開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出電壓代入步驟S5的公式進(jìn)行預(yù)測(cè)，且在本實(shí)施例中，如圖3所示，包括27中開關(guān)狀態(tài)；并與參考電壓進(jìn)行比較，選取差值的絕對(duì)值最小的開關(guān)狀態(tài)作為t_k+2時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)，即取使代價(jià)函數(shù)的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)；

步驟S7：保存當(dāng)前時(shí)刻的采樣值，開始下一采樣時(shí)刻的循環(huán)。在本實(shí)施例中，保存i_l(k-1)、i_l(k-2)。

進(jìn)一步的，如圖2所示，為所采用的逆變系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。圖4從理論上分析了有無(wú)延時(shí)補(bǔ)償情況下的電壓跟蹤情況，從圖中可以看出，由于存在計(jì)算延時(shí)，會(huì)對(duì)電壓跟蹤精度造成影響。圖5為有無(wú)延時(shí)補(bǔ)償情況下輸出電壓的跟蹤比較。圖6為通過(guò)采用本發(fā)明提出的方法所產(chǎn)生的負(fù)載電壓波形。從圖5以及圖6中可以看出采用本發(fā)明提出的技術(shù)方案具有較高的精度與可靠性。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。