[發明專利]基于改進模型預測控制的并網逆變器控制方法

在審

• 申請號: 202210635028.7
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN114944777A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 黃景濤;楊清;劉俊志;劉帥;蔣廣旭;池小梅;曹哲;邱聯奎;梁云朋
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12;H02J3/38
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 史萌楊

本發明屬于并網逆變器控制技術領域，具體涉及一種基于改進模型預測控制的并網逆變器控制方法。首先根據中點電位偏差構建新的虛擬中矢量和虛擬小矢量，并增加用于判斷參考電壓矢量的空間位置的輔助扇區，輸入到有限控制集模型預測控制中，選擇對應的大扇區的空間矢量進行尋優遍歷，減少了尋優遍歷次數，把獲得的最優空間矢量輸入到虛擬空間矢量調制中，引入中點電位偏差信號，按照伏秒平衡原則、虛擬矢量重構規則及中點電位控制原理，把最優空間矢量進行分解，從而得到對應的基本電壓矢量作用時間。由于最優空間矢量是從含中點電位控制的重構虛擬矢量中選擇的，則模型預測中不需要加入中點電位控制環節，簡化了模型預測中目標函數。

技術領域

本發明屬于并網逆變器控制技術領域，具體涉及一種基于改進模型預測控制的并網逆變器控制方法。

背景技術

隨著人們對電能需求的持續提升與化石能源的日漸枯竭以及低碳經濟發展的內在要求，以風能、太陽能等為代表的清潔可再生能源發展迅速。分布式發電技術作為新能源發電的主要技術之一，具有輸電損耗少、安全、高效等特點。光伏發電通過將太陽能直接轉化為電能，相較于傳統燃煤發電，對環境影響小、綠色低碳，具有總量大、分布廣的特點，其應用領域發展迅速。

并網逆變器作為光伏發電的關鍵環節，起著電能轉換的關鍵作用，其工作性能直接決定著入網電能的質量。在小功率光伏發電場合，兩電平逆變器因其結構簡單、成本低、易于控制與實現被廣泛應用。由于單個半導體器件的耐壓與過流限制，在中高功率光伏發電場合經常采用多級逆變器串、并聯組合的形式。但是，這種系統結構復雜，設計及維護成本高，控制難度較大。為了解決以上問題，大功率多電平逆變器應運而生。相比兩電平逆變器，三電平逆變器具有輸出功率大、耐壓值高的優點，更適用于中高容量光伏并網。且三電平逆變器包括NPC型三電平逆變器。

模型預測控制(model predictive control，MPC)是一種基于被控對象預測模型的一種優化控制方法，它的控制概念直觀、易于建模、無需復雜控制參數設計。在大部分電力電子控制應用領域，通過遍歷法，根據變換器的離散數學模型，可以計算出所有開關狀態下的變換器輸出狀態，通過設置適當的目標函數，選擇出最優開關狀態對變流器進行控制，以達到期望控制效果。

對于NPC型三相三電平逆變電路結構而言，為了解決NPC型并網逆變器的中點電位均衡問題，需要在目標函數中加入中點電位控制約束項，并網電流跟隨的誤差權重和中點電位偏差的權重選擇往往依賴實際經驗，設計不恰當便影響并網逆變器的控制精度和效果，這無疑使得目標函數的設計難度較大，而且，傳統有限控制集模型預測控制需要遍歷27個開關狀態，這種方式的計算量較大，計算效率低，導致整個控制響應時間較長，控制器動態性能不佳。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于改進模型預測控制的并網逆變器控制方法，用以解決現有技術的模型預測控制直接應用于并網逆變器時計算量大導致控制響應時間長的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于改進模型預測控制的并網逆變器控制方法，所述并網逆變器的直流端用于連接直流電源，并網逆變器的交流端用于通過LCL型濾波器連接電網，稱LCL型濾波器中的電容為濾波電容，該方法包括如下步驟：

1)依據獲取的k時刻的逆變器輸出電流實際值i_L(k)、k時刻的濾波電容電壓實際值u_C(k)和k時刻的濾波電容電流實際值i_C(k)，以及k+1時刻的網側電流給定值i_REFG(k+1)，確定k+1時刻的參考電壓矢量V_REFL(k+1)；