清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法，步骤如下，步骤S1，定义开关状态S

【技术实现步骤摘要】
清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法
本专利技术属于智能电网
，具体涉及一种清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法。
技术介绍
随着环境污染和能源结构失衡等矛盾的日益突出，清洁能源发电越来越受到关注。并网逆变器是清洁能源发电的核心装备，其控制系统性能直接影响到并网电能质量。有限状态模预测控制具有良好的自适应性和鲁棒性，且不需要内环电流控制和PWM调制，控制方案容易实现等优点，逐步成为并网逆变器控制策略研究的热点。文献“三相并网逆变器模型电流预测控制技术.电工技术学报,2011,26(6):153-159”设计了一种用于三相并网逆变器的模型电流预测控制策略。文献“Model-predictivecontrolofgrid-tiedfour-leveldiode-clampedinvertersforhigh-powerwindenergyconversionsystems.IEEETransactionsonPowerElectronics,2014,29(6):2861-2873”提出了一种用于风力发电的三电平箝位并网逆变器模型电流预测控制方法。文献“三相电压型PWM整流器有限开关序列模型预测电流控制.电工技术学报，2013，28(12)：182-190”将模型预测控制应用于三相PWM整流器控制策略设计。由于MPC策略需要的计算量较大，控制算法时滞会导致器件开关状态延迟更新。同时，由于开关频率较高，造成开关损耗较高，输出功率波动较大使得电能转换效率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的是现有并网逆变器的控制策略计算量大，执行控制策略时存在延时，导致器件开关状态延迟更新，使得系统性能变差。且现有控制策略中开关频率较高，造成开关损耗较高，输出功率波动较大使得电能转换效率较低等技术问题，从而提供一种通过功率预测实现延时补偿，同时能降低开关频率的模型预测并网控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法，步骤如下，步骤S1，定义并网逆变器的开关状态Si；其中，i为交流电网的相，且i∈(a,b,c)；S2，获取dq旋转坐标下并网逆变器的输出电压Uj与开关状态Si的表达式；具体如下：其中，Udc为直流母线电压，θ为电网电压空间角度；Sa为a相的开关状态值；Sb为b相的开关状态值；Sc为c相的开关状态值；ud为输出电压的d分量；uq为输出电压的q分量；S3，构造并网逆变器与输出电压矢量Uj有关的功率预测模型；具体步骤为，S3.1，根据基尔霍夫定律，得到并网逆变器在三相静止坐标系下的状态方程；其中，uan为并网逆变器的a相输出电压；ubn为并网逆变器的b相输出电压；ucn为并网逆变器的c相输出电压；ia为并网逆变器的a相输出电流；ib为并网逆变器的b相输出电流；ic为并网逆变器的c相输出电流；ea为电网a相电压；eb为电网b相电压；ec为电网c相电压；L为电感；R为电阻；unN为直流母线与三相电网中性点之间的电压；S3.2，对步骤S3.1中的公式3进行Park变换，得到dq旋转坐标下的状态方程；具体如下：其中，L为电感；R为电阻；ω为电网角频率；ed为电网电压的d分量；eq为电网电压的q分量；id为并网逆变器的输出电流的d分量；iq为并网逆变器的输出电流的q分量；ud为输出电压的d分量；uq为输出电压的q分量；S3.3，由于电阻R较小，忽略电阻R的影响，将步骤S3.2中的公式5离散化后整理得：其中，id(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的d分量；iq(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的q分量；id(k)为tk时刻输出电流的d分量；iq(k)为tk时刻输出电流的q分量；ed为电网电压的d分量；eq为电网电压的q分量；ud(k)为tk时刻并网逆变器的输出电压的d分量；uq(k)为tk时刻并网逆变器的输出电压的q分量；L为电感；T为采样频率；S3.4，根据瞬时功率理论，在dq坐标系下，并网逆变器输出瞬时有功功率P和无功功率Q为：S3.5，将步骤S3.4中的公式7离散化得到tk+1时刻并网逆变器的功率预测模型：其中，id(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的d分量；iq(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的q分量；id(k)为tk时刻输出电流的d分量；iq(k)为tk时刻输出电流的q分量；ed为电网电压的d分量；eq为电网电压的q分量；P(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值；Q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值；P(k)为tk时刻有功功率预测值；Q(k)为tk时刻无功功率预测值；将步骤S3.3中的公式6带入公式8中，得到并网逆变器与输出电压Uj有关的功率预测模型：其中，id为并网逆变器输出电流的d分量；iq为并网逆变器输出电流的q分量；ed为电网电压的d分量；eq为电网电压的q分量；P(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值；Q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值；P(k)为tk时刻有功功率预测值；Q(k)为tk时刻无功功率预测值；ud(k)为tk时刻并网逆变器输出电压的d分量；uq(k)为tk时刻并网逆变器输出电压的q分量；L为电感；T为采样频率；ω为电网角频率；S3.6，根据步骤S3.5中的公式9得到tk+2时刻并网逆变器与输出电压Uj有关的功率预测模型；具体为：其中，id为并网逆变器输出电流的d分量；iq为并网逆变器输出电流的q分量；ed为电网电压的d分量；eq为电网电压的q分量；P(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值；Q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值；P(k+2)为tk+2时刻有功功率预测值；Q(k+2)为tk+2时刻无功功率预测值；ud(k+1)为tk+1时刻并网逆变器输出电压的d分量；uq(k+1)为tk+1时刻并网逆变器输出电压的q分量；L为电感；T为采样频率；ω为电网角频率。S4，构造价值函数g；g＝|P*-P(k+2)|+|Q*-Q(k+2)|+λS(11)；其中，P*为有功功率参考值，Q*为无功功率参考值，λ为权重系数；S是从当前开关状态Si(k)到下一时刻开关状态Si(k+1)更新过程中，开关状态发生变化的总次数；开关状态变化次数S的计算公式为：其中，Si为并网逆变器的开关状态；Sa(k)为tk时刻并网逆变器a相的开关状态；Sb(k)为tk时刻并网逆变器b相的开关状态；Sc(k)为tk时刻并网逆变器c相的开关状态；Sa(k+1)为t+1k时刻并网逆变器a相的开关状态；Sb(k+)为tk+1时刻并网逆变器b相的开关状态；Sc(k+1)为tk+1时刻并网逆变器c相的开关状态；S5，初始化，给定价值函数g的比较变量m，并给比较变量m和开关状态Si赋初值；S6，采集电网电压ea、eb、ec，进行dq变换得到电网电压的d分量ed和q分量eq；采集并网逆变器的输出电流ia、ib、ic并进行dq变换得到并网逆变器输出电流的d分量id和q分量iq；S7，结合步骤S2和S6计算当前开关状态下的并网逆变器的输出电压Uj；S8，结合步骤S3和步骤S7计算并网逆变器的第一次功率预测值；S9，结合步骤S3、步骤S7和步骤S8计算并网逆变器的第二次功率预测值；S10，结合步骤S4和步骤S9计算价值函数g；S11，比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法，其特征在于：步骤如下，步骤S1，定义并网逆变器的开关状态S

【技术特征摘要】
1.一种清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法，其特征在于：步骤如下，步骤S1，定义并网逆变器的开关状态Si；其中，i为交流电网的相，且i∈(a,b,c)；S2，获取dq旋转坐标下并网逆变器的输出电压Uj与开关状态Si的表达式；具体如下：其中，Udc为直流母线电压，θ为电网电压空间角度；Sa为a相的开关状态值；Sb为b相的开关状态值；Sc为c相的开关状态值；ud为输出电压的d分量；uq为输出电压的q分量；S3，构造并网逆变器与输出电压矢量Uj有关的功率预测模型；功率预测模型具体如下：其中，id为并网逆变器输出电流的d分量；iq为并网逆变器输出电流的q分量；ed为电网电压的d分量；eq为电网电压的q分量；P(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值；Q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值；P(k)为tk时刻有功功率预测值；Q(k)为tk时刻无功功率预测值；ud(k)为tk时刻并网逆变器输出电压的d分量；uq(k)为tk时刻并网逆变器输出电压的q分量；L为电感；T为采样频率；ω为电网角频率；S4，构造价值函数g；g＝|P*-P(k+2)|+|Q*-Q(k+2)|+λS(11)；其中，P*为有功功率参考值，Q*为无功功率参考值，λ为权重系数；S是从当前开关状态Si(k)到下一时刻开关状态Si(k+1)更新过程中，开关状态发生变化的总次数；开关状态变化次数S的计算公式为：其中，Si为并网逆变器的开关状态；Sa(k)为tk时刻并网逆变器a相的开关状态；Sb(k)为tk时刻并网逆变器b相的开关状态；Sc(k)为tk时刻并网逆变器c相的开关状态；Sa(k+1)为t+1k时刻并网逆变器a相的开关状态；Sb(k+1)为tk+1时刻并网逆变器b相的开关状态；Sc(k+1)为tk+1时刻并网逆变器c相的开关状态；S5，初始化，给定价值函数g的比较变量m，并给比较变量m和开关状态Si赋初值；S6，采集电网电压ea、eb、ec，进行dq变换得到电网电压的d分量ed和q分量eq；采集并网逆变器的输出电流ia、ib、ic并进行dq变换得到并网逆变器输出电流的d分量id和q分量iq；S7，结合步骤S2和S6计算当前开关状态下的并网逆变器的输出电压Uj；S8，结合步骤S3和步骤S7计算并网逆变器的第一次功率预测值；S9，结合步骤S3、步骤S7和步骤S8计算并网逆变器的第二次功率预测值；S10，结合步骤S4和步骤S9计算价值函数g；S11，比较价值函数g与比较变量m的大小，并将最小值赋值给比较变量m；S12，判断循环次数是否达到设定值，当循环次数小于设定值时，改变开关状态值，重复步骤S6-S11；当循环次数等于设定值时，输出最小价值函数g所对应的输出电压矢量Uj；输出电压矢量Uj所对应的开关状态应用于下一时刻，实现直接功率控制。2.根据权利要求1所述的清洁能源发电并网逆变器有限状态模型预测控制方法，其特征在于：在步骤S3中，具体步骤为，S3.1，根据基尔霍夫定律，得到并网逆变器在三相静止坐标系下的状态方程；其中，uan为并网逆变器的a相输出电压；ubn为并网逆变器的b相输出电压；ucn为并网逆变器的c相输出电压；ia为并网逆变器的a相输出电流；ib...

【专利技术属性】
技术研发人员：金楠，窦智峰，孔汉，刘建山，杨小亮，王明杰，王延峰，里昂·托伯特，衡龙雨，赵衡焱，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，索凌电气有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41