[發明專利]一種向無源網絡供電的逆變站多步模型預測控制方法

在審

• 申請號: 202110698203.2
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113452069A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 余瑜;呂爽;汪健;楊文康
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/36;H02M7/48;H02P21/14;H02P27/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種向無源網絡供電的逆變站多步模型預測控制方法，首先結合連接無源網絡的VSC換流器的拓撲結構建立二步離散預測模型，然后以交流電壓跟蹤為控制器首要目標，以降低開關頻率為次要目標，構造相應的代價函數，設計得到VSC逆變站的二步模型預測控制器。所述方法避免了傳統PI調節器的參數整定環節，對一步模型預測進行了延時補償，在無源負荷波動時響應速度快，能有效改善電能質量，提高控制系統的魯棒性，由于引入了直流電容電流前饋，在逆變器直流側電壓出現波動時，能使得交流電壓能更快的恢復穩定。

技術領域

本發明屬于電力工程技術領域。具體涉及一種向無源網絡供電的逆變站多步模型預測控制方法。

背景技術

海上鉆井平臺和孤島等無源網絡的用電負荷波動較大，為保證無源網絡的正常運行，VSC逆變站必須提供穩定的交流電壓支撐。傳統的PI雙閉環控制器，PI參數整定麻煩，在負荷波動下響應較慢。模型預測控制無需PWM調制和PI整定環節，響應速度快，但是目前的常用的一步模型預測控制，在k時刻計算k+1時刻的代價函數，將使代價函數最小的開關狀態運用于k時刻，忽略了采樣、計算和實施控制帶來的延時，難以實際應用。

發明內容

本發明通過推導二步模型預測函數，構造合理的代價函數，采用遍歷法，在k時刻計算k+2時刻計算所有開關狀態下的代價函數，將使代價函數最小的開關狀態作用于k+1時刻，從而補償采樣、計算和實施控制帶來的延時。

本發明提供的技術方案是：

一種向無源網絡供電的逆變站多步模型預測控制方法，其特征在于，

包括以下步驟：

步驟1：根據VSC逆變器拓撲結構建立離散數學模型，對第k時刻的相關電氣量參數進行采樣和測量，其中包括逆變側三相電流i₀(k)、負載三相電流i_s(k)、負載三相電壓u₀(k)、逆變側的直流電壓u_dc(k)、直流側電容電流i_c(k)；

步驟2：根據一步預測模型函數式(7)以及8種可能的開關狀態結合步驟1中采樣的參數計算k+1時刻的交流電壓預測值u₀(k+1)；

步驟3：根據直流側電容電流前饋式，代入k時刻的采樣值u_dc(k)、i_c(k)，計算得到k+1時刻的直流電壓預測值u_dc(k+1)；

步驟4：根據二步預測函數式(12)，代入k+1時刻的預測值u₀(k+1)、u_dc(k+1)，計算k+2時刻的交流電壓預測值u₀(k+2)；

步驟5：計算二步預測的代價函數式，計算代價函數值g；

步驟6：利用三相系統變量的矢量角原理對二步預測控制的參考值式進行計算；

步驟7：采用遍歷法對代價函數式進行滾動優化計算所有開關組合下的輸出預測值和對應的代價函數值g，循環計算比較后選擇最小代價函數值g_min所對應的k+1時刻的開關狀態信號，作用于VSC逆變器；

步驟8：在下一個采樣周期k時刻到k+1時刻時重復步驟1～步驟7。

在上述的一種向無源網絡供電的逆變站多步模型預測控制方法，一步預測模型函數基于以下公式：

式中

在上述的一種向無源網絡供電的逆變站多步模型預測控制方法，帶直流側電容電流前饋的二步預測模型函數基于以下公式：