一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，根据网侧变流器微分方程离散化表达式，构建了功率状态量的预测模型；以追踪参考功率为目标，利用李雅普诺夫(Lyapunov)函数直接反推求得变流器参考输出电压矢量；通过判断输出电压矢量所在扇区，快速选出最终的开关控制量。该方法减少了计算量，简化了寻优过程，还保证了控制系统的稳定性。该改进方法能够实现有功、无功的解耦控制和快速响应，具有良好的控制效果。具有良好的控制效果。具有良好的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法


[0001]本专利技术涉及储能技术，特别是网侧变流器的直接功率预测控制。

技术介绍

[0002]由于化石能源引发的环境问题愈加凸显，光伏、风电等新能源发电成为各界关注的焦点。新能源发电具有空间分散和时间随机的特点，容易造成电网功率不平衡，储能技术是解决这一问题的有力手段。储能系统一般采用网侧变流器并网，同时实现能量的双向流动。储能时，控制网侧变流器整流运行，让电能从电网流向储能系统；发电时，控制其逆变运行，将储能系统发出的电能送入电网。网侧变流器控制策略还具有维持直流侧电压、减少谐波、改善功率因数和实现功率调控等功能，甚至对整个系统的静态和动态性能都有影响。可见，控制策略对网侧变流器的运行至关重要。
[0003]目前网侧变流器的直接功率预测控制方法利用开关表查询的方式来实现，采用了电压外环和功率内环的控制结构，外环通过PI控制方式来维持直流侧电压稳定，内环追踪交流侧参考有功功率和无功功率，由此选出变流器的最优开关矢量，实现有功和无功的解耦控制。这种控制方式的开关频率不固定，且该预测控制方法存在计算量大、寻优过程复杂的问题，较大的计算量和繁杂的寻优过程会造成控制延时，影响控制性能，不利于工业应用。因此网侧变流器的直接功率预测控制方法存在进一步优化的空间。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，能够实现有功、无功的解耦控制和快速响应，具有良好的控制效果。
[0005]为此，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，其特征在于，根据网侧变流器微分方程离散化表达式，构建功率状态量的预测模型；以追踪参考功率为目标，利用李雅普诺夫函数直接反推求得变流器参考输出电压矢量；通过判断输出电压矢量所在扇区，利用目标函数选出与参考值最接近的电压矢量，快速选出最终的开关控制量。该方法减少了计算量，简化了寻优过程，还保证了控制系统的稳定性。该改进方法能够实现有功、无功的解耦控制和快速响应，具有良好的控制效果。
[0007]在采用上述技术方案的通是，本专利技术还可同时采用根据以下描述的技术方案：
[0008]所述的网侧变流器微分方程离散化表达式为：
[0009][0010]式中：u
con
为交流侧的输出电压，L
g
为滤波电感，R
g
为电阻，i
g
为交流侧的电流，u
g
为交流侧的电压，T
s
为采样周期；(k)表示各变量的当前状态值，(k+1)代表各变量经过一个采样周期T
s
后的值。
[0011]所述的预测模型为利用变流器k时刻的状态量预测下一时刻的瞬时有功功率和无
功功率：
[0012]P
g
(k+1)＝u
gα
(k+1)i
gα
(k+1)+u
gβ
(k+1)i
gβ
(k+1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0013]Q
g
(k+1)＝u
gβ
(k+1)i
gα
(k+1)
‑
u
gα
(k+1)i
gβ
(k+1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0014]式中：P
g
为交流侧瞬时有功功率，Q
g
为交流侧瞬时无功功率，i
gα
、i
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电流横轴与纵轴分量；u
gα
、u
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电压横轴与纵轴分量。
[0015]i
gα
(k+1)和i
gβ
(k+1)由下式求得：
[0016][0017][0018]式中：i
gα
、i
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电流横轴与纵轴分量；u
gα
、u
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电压横轴与纵轴分量。u'
conα
、u'
conβ
分别表示两相静止坐标系下的输出电压横轴与纵轴分量；L
g
为滤波电感，R
g
为电阻，i
g
为交流侧的电流，u
g
为交流侧的电压，T
s
为采样周期；k表示各变量的当前状态值，k+1代表各变量经过一个采样周期T
s
后的值。
[0019]所述的变流器参考输出电压矢量的推导过程如下：
[0020]k时刻有功功率与无功功率误差分别表示为：
[0021]e
P
(k)＝P
g
(k)
‑
P
ref
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0022]e
q
(k)＝Q
g
(k)
‑
Q
ref
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0023]式中：P
ref
为有功参考值，Q
ref
为无关参考值，e
p
为有功功率误差，e
q
为无功功率误差。
[0024]选取有功功率与无功功率的Lyapunov的函数：
[0025][0026][0027]式中：L
p
为有功功率的Lyapunov函数，L
q
为无功功率的Lyapunov函数。
[0028]则有功功率和无功功率的Lyapunov函数变化率为：
[0029][0030][0031]根据Lyapunov稳定性理论，为了让输出变量跟踪参考值，Lyapunov函数变化率应该为非正，即需使L
p
(k)≤0和L
q
(k)≤0，则令：
[0032]P
g
(k+1)
‑
P
ref
(k+1)＝λ
p
e
p
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0033]Q
g
(k+1)
‑
Q
ref
(k+1)＝λ
q
e
q
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0034]式中：λ
p
和λ
q
为控制增益，λ
p
∈[
‑
1,1],λ
q
∈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，其特征在于，根据网侧变流器微分方程离散化表达式，构建功率状态量的预测模型；以追踪参考功率为目标，利用李雅普诺夫函数直接反推求得变流器参考输出电压矢量；通过判断输出电压矢量所在扇区，利用目标函数选出与参考值最接近的电压矢量，快速选出最终的开关控制量。2.根据权利要求1所述的一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，其特征在于，所述的网侧变流器微分方程离散化表达式为：式中：u
con
为交流侧的输出电压，L
g
为滤波电感，R
g
为电阻，i
g
为交流侧的电流，u
g
为交流侧的电压，T
s
为采样周期；k表示各变量的当前状态值，k+1代表各变量经过一个采样周期T
s
后的值。3.根据权利要求1所述的一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，其特征在于，所述的功率状态量的预测模型为：P
g
(k+1)＝u
gα
(k+1)i
gα
(k+1)+u
gβ
(k+1)i
gβ
(k+1)Q
g
(k+1)＝u
gβ
(k+1)i
gα
(k+1)
‑
u
gα
(k+1)i
gβ
(k+1)式中：P
g
为交流侧瞬时有功功率，Q
g
为交流侧瞬时无功功率，i
gα
、i
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电流横轴与纵轴分量；u
gα
、u
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电压横轴与纵轴分量。4.根据权利要求1所述的一种储能系统网侧变流器直接功率预测控制方法，其特征在于，所述的输出电压矢量u'
conα
和u'
conβ
为：为：式中：u'
conα
、u'
conβ
分别表示两相静止坐标系下的输出电压横轴与纵轴分量；u
gα
、u
gβ
分别表示两相静止坐标系下的电压横轴与纵轴分量；L
g
为滤波电感，R
g
为电阻，i
g
为交流侧的电流，u
g
为交流侧的电压，T
s
为采样周期；k表示各变量的当前状态值，k+1代表各变量经过一个采样周期T
s
后的值。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪涛，郑珊珊，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：