考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法及系统，属于分布式电源并网换流器控制研究领域，包括：在第k时刻，获取第k+1时刻的电网电压预测值和电网电流预测值，以及第k+2时刻的电网电压预测值，并根据预设的有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和以及有功、无功功率指令值P

【技术实现步骤摘要】
考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法及系统


[0001]本专利技术属于分布式电源并网换流器控制研究领域，更具体地，涉及一种考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，以光伏、风机为代表的分布式电源(distributed generation,DG)快速发展，电压源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)作为实现各类型DG灵活并网的重要组件，其在多类型电网条件下的功率精准控制技术也受到了国内外的广泛关注。在实际工程中，配电网及微电网往往呈现出薄弱电网的特性，VSC换流器可能会面临由单相发电设备、不平衡负荷所造成的不平衡电网条件的影响。除此之外，VSC换流器自身的滤波电感也可能受温度、电流、饱和效应、故障等因素的影响而偏离其标称值，甚至出现三相电感不对称的情况。
[0003]然而，在传统的VSC换流器双环控制策略及模型预测控制策略中，电流、电压参考值的求取均需已知滤波电感的精确值，且未考虑不平衡滤波电感的影响。当滤波电感偏离其标称值，出现不平衡状态时，这些控制策略将难以跟踪所设定的有功、无功控制目标。因此，亟需研究考虑不平衡滤波电感及电网条件影响的VSC换流器精准控制方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法及系统，其目的在于，实现VSC换流器在不平衡滤波电感影响下的有功、无功精准控制。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，包括：
[0006]在第k时刻，获取第k+1时刻的电网电压预测值和电网电流预测值以及第k+2时刻的电网电压预测值并根据预设的有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和以及有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
计算第k+2时刻的电网电流参考值以根据电压控制方程计算第k+1时刻的电网电压参考值电压控制方程中考虑了不平衡滤波电感的影响，为零或者不为零，为零或者不为零；
[0007]在第k+1时刻，将电网电压参考值u
k+1
作用于与VSC换流器中开关管相连的空间矢量调制器，以使VSC换流器输出的有功、无功功率分别跟踪有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
。
[0008]进一步地，电压控制方程为：
[0009][0010]其中，表示不平衡滤波电感矩阵，且L
a
、L
b
、L
c
分别表示交流电网的三相滤波电感；T
s
表示采样及控制周期。
[0011]进一步地，
[0012][0013]其中，和分别表示第k时刻的电网电压采样值；表示第k时刻的电网电流采样值。
[0014]进一步地，
[0015][0016]其中，表示第k+2时刻的电网电压预测值，表示比滞后90度电角度的电网电压，和分别表示与有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
对应的电流参考值，和分别表示与有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和对应的补偿电流参考值。
[0017]进一步地，若则
[0018][0019]且无功二倍频功率扰动补偿分量由有功二倍频功率扰动补偿分量延迟90度的电角度后得到；
[0020]其中，K1、K2、K3、K4、N1、N2分别为计算过程的中间项，且：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027]其中，表示第k+1时刻VSC换流器向交流电网输出的有功功率预测值。
[0028]进一步地，本专利技术提供的考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，在获取第k+1时刻的电网电压预测值和电网电流预测值之前，还包括：
[0029]获取第k
‑
1时刻及第k
‑
n
‑
1时刻滤波电感上的电压和
[0030]计矩阵为不平衡滤波电感过矩阵L
αβ
的逆矩阵，获得第k时刻，由矩阵B在第k
‑
1时刻的估计值所得出的电流估计误差以及第k
‑
n时刻，由所得出的电流估计误差
[0031]建立超定方程如下：
[0032][0033]求解超定方程的最小二乘解，得到第k时刻矩阵B相对于其在第k
‑
1时刻的估计值的误差为
[0034]根据计算第k时刻的矩阵B进行更新，得到矩阵
[0035]利用矩阵B
k
获得第k时刻的不平衡电感矩阵L
αβ
；
[0036]其中，n>1为预设的延迟步长；0＜G≤1为更新步长。
[0037]进一步地，延迟步长n所对应的延迟角度为90度电角度。
[0038]进一步地，所计算的电网电流同时包含正序电流和负序电流，并且，所计算的电网电压同时包含正序电压和负序电压。
[0039]按照本专利技术的又一个方面，提供了一种考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制系统，包括：电压预测模块、电流预测模块、电流参考值计算模块、电压参考值计算模块、空间矢量调制器以及控制模块；
[0040]电压预测模块，用于获取第k+1和第k+2时刻的电网电压预测值和
[0041]电流预测模块，用于获取第k+1时刻的电网电流预测值
[0042]电流参考值计算模块，用于根据预设的有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和以及有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
计算第k+2时刻的电网电流参考值计算第k+2时刻的电网电流参考值为零或者不为零，为零或者不为零；
[0043]电压参考值计算模块，其第一输入端与电压预测模块的输出端相连，其第二输入端与电压预测模块的输出端相连，其第三输入端与电流参考值计算模块的输出端相连，其用于根据电压控制方程计算第k+1时刻的电网电压参考值电压控制方程中考虑了不平衡滤波电感的影响；
[0044]空间矢量调制器，其输出端与VSC换流器中的各开关管相连；
[0045]控制模块，其输入端与电压参考值计算模块的输出端相连，其输出端与空间矢量调制器的输入端相连，其用于在第k+1时刻，将电网电压参考值u
k+1
作用于与VSC换流器中开关管相连的空间矢量调制器，以使VSC换流器输出的有功、无功功率分别跟踪有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
。
[0046]进一步地，若则模型预测控制系统还包括：功率参考值计算模块，其输出端与电流参考值计算模块的一个输入端相连，其用于计算第k+2时刻的有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和
[0047]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，其特征在于，包括：在第k时刻，获取第k+1时刻的电网电压预测值和电网电流预测值以及第k+2时刻的电网电压预测值并根据预设的有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和以及有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
计算第k+2时刻的电网电流参考值以根据电压控制方程计算第k+1时刻的电网电压参考值所述电压控制方程中考虑了不平衡滤波电感的影响，为零或者不为零，为零或者不为零；在第k+1时刻，将所述电网电压参考值u
k+1
作用于与所述VSC换流器中开关管相连的空间矢量调制器，以使所述VSC换流器输出的有功、无功功率分别跟踪有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
。2.如权利要求1所述的考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，其特征在于，所述电压控制方程为：其中，表示不平衡滤波电感矩阵，且L
a
、L
b
、L
c
分别表示交流电网的三相滤波电感；T
s
表示采样及控制周期。3.如权利要求2所述的考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，其特征在于，其中，和分别表示第k时刻的电网电压采样值；表示第k时刻的电网电流采样值。4.如权利要求2所述的考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，其特征在于，
其中，表示第k+2时刻的电网电压预测值，表示比滞后90度电角度的电网电压，和分别表示与有功、无功功率指令值P
ref
和Q
ref
对应的电流参考值，和分别表示与有功、无功二倍频功率扰动补偿分量和对应的补偿电流参考值。5.如权利要求4所述的考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，其特征在于，若则且无功二倍频功率扰动补偿分量由有功二倍频功率扰动补偿分量延迟90度的电角度后得到；其中，K1、K2、K3、K4、N1、N2分别为计算过程的中间项，且：分别为计算过程的中间项，且：分别为计算过程的中间项，且：分别为计算过程的中间项，且：分别为计算过程的中间项，且：分别为计算过程的中间项，且：其中，表示第k+1时刻VSC换流器向交流电网输出的有功功率预测值。6.如权利要求2～5任一项所述的考虑不平衡滤波电感的VSC换流器模型预测控制方法，其特征在于，在获取第k+1时刻的电网电压预测值和电网电流预测值之前，还包括：
获取第k
‑
1时刻及第k
‑
n
‑
1时刻滤波电感上的电压和计矩阵为所述不平衡滤波电感过矩阵L...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨炜晨，苗世洪，刘志伟，韩佶，涂青宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：