[發明專利]一種并聯變流器集群的環流抑制直接預測控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110361613.8
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113193766B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張禎濱;李昱;李真;何漢;孫遠翔
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M1/32;H02M1/088;H02H7/10;H02J3/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種并聯變流器集群的環流抑制直接預測控制方法及系統，包括：獲得變流器集群當前時刻的三相電流值并進行坐標變換及延時補償；針對補償后的三相電流值，預測在后續時刻的電流值，根據預測值計算代價函數，比較所有代價函數，選取使得其值最小的電壓矢量作為最優電壓矢量；針對補償后的三相電流值，計算零序環流，根據當前k時刻的零序環流方向，選取零電壓矢量；根據得到的最優電壓矢量和零電壓矢量，構建合成電壓矢量，得到送至變流器的開關信號，以消除環流。可在精準控制輸出電流的前提下，可有效消除并聯變流器間的零序環流。

技術領域

本公開屬于新能源并網、智能微電網和電力電子能量變換等技術領域，尤其涉及一種并聯變流器集群的環流抑制直接預測控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

建設低碳、高效的能源系統是我國能源轉型的核心目標，新能源接入及其能量變換是實現這一目標的關鍵手段。近年來，新能源規模的不斷擴大，能量變換、傳輸的功率等級不斷提高，因此研發設計大功率電力電子變流裝備的需求迫切。為解決上述問題，僅從提升單機功率等級的角度出發仍存在諸多限制：①可擴展性差，無法實現靈活擴容；②可靠性差，局部故障即導致系統失效；③受限于功率半導體容量；④大容量的無源部件設計困難。模塊化的設計思想是解決上述問題的有效手段，即，設計功能完整、低單機容量的模塊單元，再通過多模塊的并聯運行實現系統的靈活擴容。

模塊化的設計思想優勢顯著：①根據需求可靈活匹配，變流裝備有效利用率高；②可靠性高，系統可在切除故障模塊的條件下繼續運行，且便于故障模塊替換，易于即插即用；③不受功率半導體功率等級限制；④無源部件設計方案成熟，性價比高。

由上述論述可見，模塊化設計在硬件設計難度、可靠性、靈活性等方面具有顯著優勢，是大功率電力電子變流裝備的理想設計方案。然而，多電力電子變流裝備并聯運行，在僅依靠本地測量數據(無高速通信)的條件下，需要各功率單元按自身容量出力，同時要消除零序環流。上述要求對多模塊單元的控制提出了巨大挑戰。已公開的方案，均基于線性控制器，采用環路級聯的控制框架。

針對三相交流-直流(AC-DC)變流器或三相直流-交流(DC-AC)變流器，已公開的方案均基于線性控制器，采用環路級聯的控制框架。具體而言：①對采集的三相電流求和，獲得實際零序電流；②用零序電流參考值0減去實際零序電流，獲得誤差信號；③將獲得的誤差信號送至線性控制器(如，PI控制器)，其輸出獲得零序電壓補償量；④將該零序補償量與矢量控制獲得的正序補償量相疊加，從而獲得變流器輸出參考電壓；⑤經PWM調制器，將該參考值調制，輸出脈寬信號，驅動變流器。

上述方案是在矢量控制的基礎上，疊加零序補償電壓，從而抑制零序環流。然而已公開方案存在動態響應慢、多目標控制實現難、非線性約束優化難等缺陷。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種并聯變流器集群的環流抑制直接預測控制方法，可有效消除并聯變流器間的零序環流。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了一種并聯變流器集群的環流抑制直接預測控制方法，包括：

獲得變流器集群當前時刻的三相電流值并進行坐標變換及延時補償；

針對補償后的三相電流值，預測在后續時刻的電流值，根據預測值計算代價函數，比較所有代價函數，選取使得其值最小的電壓矢量作為最優電壓矢量；

針對補償后的三相電流值，計算零序環流，根據當前k時刻的零序環流方向，選取零電壓矢量；

根據得到的最優電壓矢量和零電壓矢量，構建合成電壓矢量，得到送至變流器的開關信號，以消除環流。

進一步的技術方案，進行坐標變換為將自然坐標系下的三相電流轉換到正交坐標系下，以實現相間解耦。