CN106849733B - 电网不平衡下双向ac/dc变换器故障容错模型预测控制方法 - Google Patents

电网不平衡下双向ac/dc变换器故障容错模型预测控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106849733B
CN106849733B CN201710154706.7A CN201710154706A CN106849733B CN 106849733 B CN106849733 B CN 106849733B CN 201710154706 A CN201710154706 A CN 201710154706A CN 106849733 B CN106849733 B CN 106849733B
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
formula
voltage
way
converter
Prior art date
Application number
CN201710154706.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106849733A (zh
Inventor
金楠
邱洪波
郭磊磊
王明杰
张志艳
和萍
杨存祥
里昂·托伯特
韩东许
李晋
Original Assignee
郑州轻工业学院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 郑州轻工业学院 filed Critical 郑州轻工业学院
Priority to CN201710154706.7A priority Critical patent/CN106849733B/zh
Publication of CN106849733A publication Critical patent/CN106849733A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106849733B publication Critical patent/CN106849733B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40Arrangements for reducing harmonics

Abstract

本发明公开了一种电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法,步骤如下,步骤S1,构造开关状态Si;S2,获取输出电压矢量Uj与开关状态Si的表达式;S3,构造功率预测模型;S4,计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom;S5,构造评价函数g;S6,初始化;S7,采集变量值;S8,计算当前开关状态下输出电压Uj;S9,计算功率预测值;S10,计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom;S11,计算价值函数g;S12,比较价值函数g与比较变量m的大小,并将最小值赋值给比较变量m;S13,判断并输出。本发明直接输出最优开关驱动控制信号,无需正负序电流分离控制及PWM调制信号,易于实现,且能够降低并网电流谐波含量,消除有功功率脉动,提高了并网电能质量。

Description

电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法

技术领域

本发明属于智能电网的技术领域,具体涉及一种电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法。

背景技术

双向AC/DC变换器能够实现交直流电能的相互转换,在电机控制、混合微电网、储能等领域运用广泛。然而,大功率全控型开关器件应用在高频开关、大容量电能转换中,浪涌、尖峰等瞬态过程会影响器件的可靠运行,变换器容易出现故障,影响整个系统的安全稳定工作。另一方面,电网电压不平衡时,变换器输出电流谐波增大,电能质量下降。

当电网电压不平衡时,电压和电流将产生正负序分量,变换器输出有功功率和无功功率出现二次脉动分量。传统的脉冲宽度调制控制采用锁相环技术进行电压、电流的正负序分离,对各个分量分别进行控制,控制过程较为复杂。使用常规的模型预测直接功率控制,虽然可以实现变换器输出功率的稳定,但并网电流畸变严重,无法满足并网电能质量要求。

发明内容

本发明要解决的是当电网电压不平衡时,电压和电流将产生正负序分量,传统的脉冲宽度调制,控制过程较为复杂,模型预测直接功率控制的并网电流畸变严重,无法满足并网电能质量要求的技术问题,从而提供一种无需使用正负序分离和PWM调制环节的控制方法,易于实现,且能够降低并网电流谐波含量,消除有功功率脉动,提高并网电能质量。

为解决实现上述技术目标,本发明所采用的技术方案如下:电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法,步骤如下,

步骤S1,构造双向AD/DC变换器故障模型的开关状态Si

其中,i为交流电网的相,且i∈(a,b,c);i相故障,有Si=1/2。

S2,获取αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器的输出电压矢量Uj与开关状态Si的表达式。

具体步骤为,S2.1,在abc三相静止坐标系下,获取双向AC/DC变换器的输出电压与开关状态Si的计算公式,具体如下:

其中,Udc为直流母线电压,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值;且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2。

S2.2,对步骤S2.1中的公式2进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器输出电压Uj与开关状态Si的表达式,具体如下:

其中,uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量;Udc为直流母线电压,Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值,且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2。

S3,构造双向AC/DC变换器与输出电压Uj有关的功率预测模型。

具体步骤为,S3.1,根据基尔霍夫定律,得到双向AC/DC变换器在abc三相静止坐标系下的状态方程;

其中,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;ia为双向AC/DC变换器的a相输出电流;ib为双向AC/DC变换器的b相输出电流;ic为双向AC/DC变换器的c相输出电流;ea为电网a相电压;eb为电网b相电压;ec为电网c相电压;L为电感;R为电阻。

S3.2,对步骤S3.1中的公式4进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下的状态方程:

式中,L为电感;R为电阻;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为双向AC/DC变换器的输出电流的α分量;iβ为双向AC/DC变换器的输出电流的β分量;uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量。

S3.3,对步骤S3.2中的公式5进行离散化,得到双向AC/DC变换器在tk+1时刻预测电流:

式中,为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;iα(k)为tk时刻输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻输出电流的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量;uα(k)为tk时刻输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻输出电压的β分量;L为电感;R为电阻;Ts为采样频率。

S3.4,根据瞬时功率理论,得到电网侧的有功功率p和无功功率q的计算公式,具体为:

式中:eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;p为有功功率,q为无功功率。

S3.5,对于三相平衡电网,当采样频率Ts较高时,有:

S3.6,将步骤S3.5中的公式8代入步骤S3.4的公式7中,得到tk+1时刻双向AC/DC变换器的功率预测模型:

式中,p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值;iα(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。

S3.7,将步骤S3.3中的公式6代入到步骤S3.6的公式9中,得到双向AC/DC变换器与输出电压有关的功率预测模型;

具体为:

式中,iα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的β分量;uα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。

S4,计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom,具体公式为:

具体步骤为,S4.1,在不平衡电网下,分别计算电网电压e、输出电流i的正序分量和负序分量;

式中:ω为dq坐标系旋转角速度,为电网电压在dq坐标系的正序分量;为电网电压在dq坐标系的负序分量;为输出电流在dq坐标系的正序分量;为输出电流在dq坐标系的负序分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值。

S4.2,获得dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式。

具体步骤为:S4.2.1,根据瞬时功率理论,电网侧功率表示如下:

S=ei*=p+jq (13);

式中:

其中,p为有功功率,q为无功功率;p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量。

S4.2.2,将步骤S4.1中公式11和公式12代入步骤S4.2.1中的公式14,计算整理,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:

式中:p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值。

S4.3,得到在αβ静止坐标系下,得到有功功率p、无功功率q与电网电压、输出电流及电网电压的90°延迟信号、输出电流的的90°延迟信号的关系式。

具体步骤如下:S4.3.1,在αβ静止坐标系下,计算90°延迟信号与正负序分量之间的关系:

假设αβ静止坐标系下的变量为x,则其90°延迟信号表示为x′,延迟信号与正负序分量之间的关系为:

x′=xαβ +′+xαβ -′=-jxαβ ++jxαβ - (16);

则x、x′与正负序分量的关系表示为:

S4.3.2,对步骤S4.3.1中的公式17求逆可得:

整理后,得到dq旋转坐标系和αβ静止坐标系的正负序分量之间的关系为:

S4.3.3,结合步骤S4.3.2中的公式18和公式19,得到dq坐标系下正负序分量与αβ坐标下变量及延迟信号之间的表达式:

S4.3.4,将步骤S4.3.3中的公式20代入步骤S4.2中的公式15,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:

其中:

式中:iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;iα′为输出电流α分量的90°延迟信号;iβ′为输出电流β分量的90°延迟信号;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。

S4.4,为消除有功功率脉动,实现双向AC/DC变换器有功功率的稳定输出,令:

根据步骤S4.3中的公式21和公式22求解公式23,得到输出电流、电网电压的α分量、β分量及延迟信号之间的表达式:

式中,iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。

S4.5,根据步骤S4.4中的公式24得到有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom

式中:pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值。

S5,构造评价函数g;

g=|pref+pcom-p(k+1)|+|qref+qcom-q(k+1)|(26);

式中:pref为有功功率的参考值;qref为无功功率的参考值;pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值;p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1) 为tk+1时刻无功功率预测值。

S6,初始化,给定价值函数g的比较变量m,并给比较变量m和开关状态Si赋初值。

S7,采集电网电压ea、eb、ec,进行Clark变换得到电网电压的α分量eα和β分量eβ,并对电网电压的α分量eα、电网电压的β分量eβ分别进行90°延迟,得到电网电压α分量的90°延迟信号和电网电压β分量的90°延迟信号;采集双向AC/DC变换器的输出电流ia、ib、ic并进行Clark变换得到双向AC/DC变换器输出电流的α分量iα和β分量iβ

S8,结合步骤S2和步骤S7计算当前开关状态下的双向AC/DC变换器的输出电压Uj

S9,结合步骤S3和步骤S8计算双向AC/DC变换器的功率预测值。

S10,结合步骤S4和步骤S7计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom

S11,结合步骤S5、步骤S9和步骤S10计算价值函数g。

S12,比较价值函数g与比较变量m的大小,并将最小值赋值给比较变量m。

S13,判断循环次数是否达到设定值,当循环次数小于设定值时,改变开关状态值,重复步骤S7-S12;当循环次数等于设定值时,输出最小价值函数g所对应的输出电压矢量Uj;输出电压矢量Uj所对应的开关状态应用于下一时刻,实现直接功率控制。

本发明将有限状态模型预测控制方法应用于电网电压不平衡下的双向AC/DC变换器容错运行控制,分析FSTP容错结构,建立其功率预测模型。利用αβ静止坐标系下的电网电压及其90°延迟信号,设计了带功率补偿MPDPC策略。该方法直接输出最优开关驱动控制信号,无需正负序电流分离控制及PWM调制信号,易于实现,且能够降低并网电流谐波含量,消除有功功率脉动,提高了并网电能质量。仿真与实验结果验证了电网电压不平衡条件及桥臂故障下所设计控制方案的有效性。

附图说明

图1为本发明双向AC/DC变换器故障容错结构示意图。

图2为图1中a相故障对应的双向AC/DC变换器三相四开关容错结构示意图。

图3为本发明模型预测直接功率控制结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示,一种电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错有限状态模型预测控制方法,步骤如下,

步骤S1,构造双向AD/DC变换器故障模型的开关状态Si

其中,i为交流电网的相,且i∈(a,b,c);i相故障,有Si=1/2。

S2,获取αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器的输出电压矢量Uj与开关状态Si的表达式。

具体步骤为,S2.1,在abc三相静止坐标系下,获取双向AC/DC变换器的输出电压与开关状态Si的计算公式,具体如下:

其中,Udc为直流母线电压,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值;且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2。

S2.2,对步骤S2.1中的公式2进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器输出电压Uj与开关状态Si的表达式,具体如下:

其中,uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量;Udc为直流母线电压,Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值,且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2。

S3,构造双向AC/DC变换器与输出电压Uj有关的功率预测模型。

具体步骤为,S3.1,根据基尔霍夫定律,得到双向AC/DC变换器在abc三相静止坐标系下的状态方程;

其中,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;ia为双向AC/DC变换器的a相输出电流;ib为双向AC/DC变换器的b相输出电流;ic为双向AC/DC变换器的c相输出电流;ea为电网a相电压;eb为电网b相电压;ec为电网c相电压;L为电感;R为电阻。

S3.2,对步骤S3.1中的公式4进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下的状态方程:

式中,L为电感;R为电阻;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为双向AC/DC变换器的输出电流的α分量;iβ为双向AC/DC变换器的输出电流的β分量;uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量。

S3.3,对步骤S3.2中的公式5进行离散化,得到双向AC/DC变换器在tk+1时刻预测电流:

式中,为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;iα(k)为tk时刻输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻输出电流的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量;uα(k)为tk时刻输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻输出电压的β分量;L为电感;R为电阻;Ts为采样频率。

S3.4,根据瞬时功率理论,得到电网侧的有功功率p和无功功率q的计算公式,具体为:

式中:eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;p为有功功率,q为无功功率。

S3.5,对于三相平衡电网,当采样频率Ts较高时,有:

S3.6,将步骤S3.5中的公式8代入步骤S3.4的公式7中,得到tk+1时刻双向AC/DC变换器的功率预测模型:

式中,p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值;iα(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。

S3.7,将步骤S3.3中的公式6代入到步骤S3.6的公式9中,得到双向AC/DC变换器与输出电压有关的功率预测模型;

具体为:

式中,iα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的β分量;uα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。

S4,计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom

具体步骤为,S4.1,在不平衡电网下,分别计算电网电压e、输出电流i的正序分量和负序分量;

式中:ω为dq坐标系旋转角速度,为电网电压在dq坐标系的正序分量;为电网电压在dq坐标系的负序分量;为输出电流在dq坐标系的正序分量;为输出电流在dq坐标系的负序分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值。

S4.2,获得dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式。

具体步骤为:S4.2.1,根据瞬时功率理论,电网侧功率表示如下:

S=ei*=p+jq (13);

式中:

其中,p为有功功率,q为无功功率;p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量。

S4.2.2,将步骤S4.1中公式11和公式12代入步骤S4.2.1中的公式14,计算整理,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:

式中:p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值。

S4.3,得到在αβ静止坐标系下,得到有功功率p、无功功率q与电网电压、输出电流及电网电压的90°延迟信号、输出电流的的90°延迟信号的关系式。

具体步骤如下:S4.3.1,在αβ静止坐标系下,计算90°延迟信号与正负序分量之间的关系:

假设αβ静止坐标系下的变量为x,则其90°延迟信号表示为x′,延迟信号与正负序分量之间的关系为:

x′=xαβ +′+xαβ -′=-jxαβ ++jxαβ - (16);

则x、x′与正负序分量的关系表示为:

S4.3.2,对步骤S4.3.1中的公式17求逆可得:

整理后,得到dq旋转坐标系和αβ静止坐标系的正负序分量之间的关系为:

S4.3.3,结合步骤S4.3.2中的公式18和公式19,得到dq坐标系下正负序分量与αβ坐标下变量及延迟信号之间的表达式:

S4.3.4,将步骤S4.3.3中的公式20代入步骤S4.2中的公式15,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:

其中:

式中:iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;iα′为输出电流α分量的90°延迟信号;iβ′为输出电流β分量的90°延迟信号;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。

S4.4,为消除有功功率脉动,实现双向AC/DC变换器有功功率的稳定输出,令:

根据步骤S4.3中的公式21和公式22求解公式23,得到输出电流、电网电压的α分量、β分量及延迟信号之间的表达式:

式中,iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。

S4.5,根据步骤S4.4中的公式24得到有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom

式中:pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值。

S5,构造评价函数g;

g=|pref+pcom-p(k+1)|+|qref+qcom-q(k+1)| (26);

式中:pref为有功功率的参考值;qref为无功功率的参考值;pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值;p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值。

S6,初始化,给定价值函数g的比较变量m,并给比较变量m和开关状态Si赋初值。

S7,采集电网电压ea、eb、ec,进行Clark变换得到电网电压的α分量eα和β分量eβ,并对电网电压的α分量eα、电网电压的β分量eβ分别进行90°延迟,得到电网电压α分量的90°延迟信号和电网电压β分量的90°延迟信号;采集双向AC/DC变换器的输出电流ia、ib、ic并进行Clark变换得到双向AC/DC变换器输出电流的α分量iα和β分量iβ

S8,结合步骤S2和步骤S7计算当前开关状态下的双向AC/DC变换器的输出电压Uj

S9,结合步骤S3和步骤S8计算双向AC/DC变换器的功率预测值。

S10,结合步骤S4和步骤S7计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom

S11,结合步骤S5、步骤S9和步骤S10计算价值函数g。

S12,比较价值函数g与比较变量m的大小,并将最小值赋值给比较变量m。

S13,判断循环次数是否达到设定值,当循环次数小于设定值时,改变开关状态值,重复步骤S7-S12;当循环次数等于设定值时,输出最小价值函数g所对应的输出电压矢量Uj;输出电压矢量Uj所对应的开关状态应用于下一时刻,实现直接功率控制。

下面以一个事例具体说明。

a相桥臂发生短路或开路故障时,断开与该桥臂相连的快速熔断器F,并触发相应的双向晶闸管TR导通,实现容错连续工作。重构后的三相四开关双向AC/DC变换器如图2所示。两相4个开关管共有(0 0)、(0 1)、(1 0)、(1 1)四个状态,每个状态是一个电压矢量,ABC三相开关分别故障时输出电压矢量如表1、表2和表3。

图2所示的三相四开关双向AC/DC变换器共有四个开关器件,分析三相四开关双向AC/DC变换器的输出电压矢量与开关状态的关系。定义三相四开关双向AC/DC变换器的开关状态Si(i=b,c)如下:

则三相四开关双向AC/DC变换器输出电压与开关状态的关系为:

式中:Udc为直流母线电压。

公式2进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器输出电压Uj与开关状态Si的表达式,具体如下:

A相故障时,整理后得到

定义电压空间矢量U为:

式中:a=ej2π/3

4个电压矢量将矢量空间划为4个扇区,4个基本电压矢量幅值并不相等,为非对称电压矢量。

根据坐标变换得到两相静止坐标系的电压分量Uα和Uβ,与开关状态的关系如表1。

表1

当b相桥臂发生短路或开路故障时,两相静止坐标系的电压分量Uα和Uβ,与开关状态的关系如表2。

表2

当c相桥臂发生短路或开路故障时,两相静止坐标系的电压分量Uα和Uβ,与开关状态的关系如表3。

表3

a相桥臂故障后重新构建的双向AC/DC变换器结构,通过滤波电感L、线路电阻R与电网相连,直流侧由一对电容值相等的电容器C1和C2组成。双向AC/DC变换器电能转换包含整流模式和逆变模式,以逆变模式为例,根据基尔霍夫定律,得到变换器在abc三相静止坐标系下的状态方程:

其中,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;ia为双向AC/DC变换器的a相输出电流;ib为双向AC/DC变换器的b相输出电流;ic为双向AC/DC变换器的c相输出电流;ea为电网a相电压;eb为电网b相电压;ec为电网c相电压;L为电感;R为电阻。

对公式4进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下的状态方程:

式中,L为电感;R为电阻;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为双向AC/DC变换器的输出电流的α分量;iβ为双向AC/DC变换器的输出电流的β分量;uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量。

对公式5进行离散化,得到双向AC/DC变换器在tk+1时刻预测电流:

式中,为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;iα(k)为tk时刻输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻输出电流的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量;uα(k)为tk时刻输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻输出电压的β分量;L为电感;R为电阻;Ts为采样频率。

根据瞬时功率理论,得到电网侧的有功功率p和无功功率q的计算公式,具体为:

式中:eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;p为有功功率,q为无功功率。

对于三相平衡电网,当采样频率Ts较高时,有:

将公式8代入公式7中,得到tk+1时刻双向AC/DC变换器的功率预测模型:

式中,p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值;iα(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。

将公式6代入到公式9中,得到双向AC/DC变换器与输出电压有关的功率预测模型;

具体为:

式中,iα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的β分量;uα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。

在电网电压不平衡下,电网电压和电流将产生正负序分量,双向AC/DC变换器输出有功功率和无功功率出现二次脉动分量。本发明考虑用αβ静止坐标系下的电压、电流以及它们的90°延迟信号表示功率及脉动分量,省去正负序分量分离,简化控制。

在不平衡电网下,电网电压、电流可以分别表示为其各自的正序分量和负序分量之和:

式中:ω为dq坐标系旋转角速度,为电网电压在dq坐标系的正序分量;为电网电压在dq坐标系的负序分量;为输出电流在dq坐标系的正序分量;为输出电流在dq坐标系的负序分量;

dq分量表示如下:

式中:为电网电压在dq坐标系的正序分量;为电网电压在dq坐标系的负序分量;为输出电流在dq坐标系的正序分量;为输出电流在dq坐标系的负序分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值。

根据瞬时功率理论,电网侧功率表示如下:

S=ei*=p+jq (13);

式中:

其中,p为有功功率,q为无功功率;p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量。

将公式11和公式12代入公式14,计算整理,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:

式中:p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值。

假设αβ静止坐标系下的变量为x,则其90°延迟信号表示为x′,延迟信号与正负序分量之间的关系为:

x′=xαβ +′+xαβ -′=-jxαβ ++jxαβ - (16);

则x、x′与正负序分量的关系表示为:

对公式17求逆可得:

整理后,得到dq旋转坐标系和αβ静止坐标系的正负序分量之间的关系为:

结合公式18和公式19,得到dq坐标系下正负序分量与αβ坐标下变量及延迟信号之间的表达式:

将公式20代入公式15,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:

其中:

式中:iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;iα′为输出电流α分量的90°延迟信号;iβ′为输出电流β分量的90°延迟信号;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。

为消除有功功率脉动,实现双向AC/DC变换器有功功率的稳定输出,令:

根据公式21和公式22求解公式23,得到输出电流、电网电压的α分量、β分量及延迟信号之间的表达式:

式中,iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。

根据公式24得到有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom

式中:pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值。

通过价值函数对各个开关矢量进行比较选优,实现对于变换器输出功率的直接控制,建立价值函数g如下:

g=|pref+pcom-p(k+1)|+|qref+qcom-q(k+1)| (26);

式中:pref、qref、pcom、qref分别为有功功率、无功功率参考值和补偿值。p(k+1)、q(k+1)为下一时刻功率预测值,根据公式10求得。

当A相开关故障时,容错FSTP变换器功率补偿MPDPC控制结构如图3所示。

采集电网电压、电流ea、eb、ec、ia、ib、ic,经过坐标变换得到eα、eβ、iα、iβ,通过90°延时,得到eα′、eβ′,根据公式25计算得功率补偿值pcom、qcom。变换器输出电压uα、uβ通过直流电压Udc按公式3或者公式27求得,预测模型根据公式10计算输出功率预测值p(k+1)、q(k+1)。通过价值函数公式26评估电压矢量,选择使价值函数取得最小值时的开关状态Sb、Sc,应用于下一时刻。

1)本发明分析了传统SSTP变换器在桥臂开关故障时的结构,建立了容错型FSTP双向AC/DC变换器的预测功率模型。对电网电压不平衡下的功率进行分析,利用αβ静止坐标系电网电压及90°延时信号建立功率补偿数学模型,设计了加功率补偿的MPDPC策略。

2)该控制策略能够使双向AC/DC变换器在开关故障,且电网电压不平衡的恶劣工况下容错连续运行,不需要使用传统正负序电压、电流分量分离控制和PWM调制信号,简化了控制。

Claims (4)

1.一种电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法,其特征在于,步骤如下,
步骤S1,构造双向AD/DC变换器故障模型的开关状态Si
其中,i为交流电网的相,且i∈(a,b,c);i相故障,有Si=1/2;
S2,获取αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器的输出电压矢量Uj与开关状态Si的表达式;
其中,uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量;Udc为直流母线电压,Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值,且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2;
S3,构造双向AC/DC变换器与输出电压Uj有关的功率预测模型;
功率预测模型具体如下:
式中,iα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的β分量;uα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量;L为电感;R为电阻;Ts为采样频率;
S4,计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom,具体公式为:
式中:pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号;
S5,构造评价函数g;
g=|pref+pcom-p(k+1)|+|qref+qcom-q(k+1)| (26);
式中:pref为有功功率的参考值;qref为无功功率的参考值;pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值;p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值;
S6,初始化,给定价值函数g的比较变量m,并给比较变量m和开关状态Si赋初值;
S7,采集电网电压ea、eb、ec,进行Clark变换得到电网电压的α分量eα和β分量eβ,并对电网电压的α分量eα、电网电压的β分量eβ分别进行90°延迟,得到电网电压α分量的90°延迟信号和电网电压β分量的90°延迟信号;采集双向AC/DC变换器的输出电流ia、ib、ic并进行Clark变换得到双向AC/DC变换器输出电流的α分量iα和β分量iβ
S8,结合步骤S2和步骤S7计算当前开关状态下的双向AC/DC变换器的输出电压Uj
S9,结合步骤S3和步骤S8计算双向AC/DC变换器的功率预测值;
S10,结合步骤S4和步骤S7计算有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom
S11,结合步骤S5、步骤S9和步骤S10计算价值函数g;
S12,比较价值函数g与比较变量m的大小,并将最小值赋值给比较变量m;
S13,判断循环次数是否达到设定值,当循环次数小于设定值时,改变开关状态值,重复步骤S7-S12;当循环次数等于设定值时,输出最小价值函数g所对应的输出电压矢量Uj;输出电压矢量Uj所对应的开关状态应用于下一时刻,实现直接功率控制。
2.根据权利要求1所述的电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法,其特征在于,在步骤S2中,具体步骤为,
S2.1,在abc三相静止坐标系下,获取双向AC/DC变换器的输出电压与开关状态Si的计算公式,具体如下:
其中,Udc为直流母线电压,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值;且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2;
S2.2,对步骤S2.1中的公式2进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下双向AC/DC变换器输出电压Uj与开关状态Si的表达式,具体如下:
其中,uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量;Udc为直流母线电压,Sa为a相的开关状态值;Sb为b相的开关状态值;Sc为c相的开关状态值,且Sa、Sb和Sc中有且仅有一个为1/2。
3.根据权利要求1所述的电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法,其特征在于,在步骤S3中,具体步骤为,
S3.1,根据基尔霍夫定律,得到双向AC/DC变换器在abc三相静止坐标系下的状态方程;
其中,uan为双向AC/DC变换器的a相输出电压;ubn为双向AC/DC变换器的b相输出电压;ucn为双向AC/DC变换器的c相输出电压;ia为双向AC/DC变换器的a相输出电流;ib为双向AC/DC变换器的b相输出电流;ic为双向AC/DC变换器的c相输出电流;ea为电网a相电压;eb为电网b相电压;ec为电网c相电压;L为电感;R为电阻;
S3.2,对步骤S3.1中的公式4进行Clark变换,得到αβ两相静止坐标下的状态方程:
式中,L为电感;R为电阻;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为双向AC/DC变换器的输出电流的α分量;iβ为双向AC/DC变换器的输出电流的β分量;uα为输出电压的α分量;uβ为输出电压的β分量;
S3.3,对步骤S3.2中的公式5进行离散化,得到双向AC/DC变换器在tk+1时刻预测电流:
式中,为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;iα(k)为tk时刻输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻输出电流的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量;uα(k)为tk时刻输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻输出电压的β分量;L为电感;R为电阻;Ts为采样频率;
S3.4,根据瞬时功率理论,得到电网侧的有功功率p和无功功率q的计算公式,具体为:
式中:eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;p为有功功率,q为无功功率;
S3.5,对于三相平衡电网,当采样频率Ts较高时,有:
S3.6,将步骤S3.5中的公式8代入步骤S3.4的公式7中,得到tk+1时刻双向AC/DC变换器的功率预测模型:
式中,p(k+1)为tk+1时刻有功功率预测值;q(k+1)为tk+1时刻无功功率预测值;iα(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的α分量;iβ(k+1)为tk+1时刻输出电流预测值的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量;
S3.7,将步骤S3.3中的公式6代入到步骤S3.6的公式9中,得到双向AC/DC变换器与输出电压有关的功率预测模型;
具体为:
式中,iα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的α分量;iβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电流的β分量;uα(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的α分量;uβ(k)为tk时刻双向AC/DC变换器输出电压的β分量;eα(k)为tk时刻电网电压的α分量;eβ(k)为tk时刻电网电压的β分量。
4.根据权利要求1所述的电网不平衡下双向AC/DC变换器故障容错模型预测控制方法,其特征在于,在步骤S4中,具体步骤为,
S4.1,在不平衡电网下,分别计算电网电压e、输出电流i的正序分量和负序分量;
式中:ω为dq坐标系旋转角速度,为电网电压在dq坐标系的正序分量;为电网电压在dq坐标系的负序分量;为输出电流在dq坐标系的正序分量;为输出电流在dq坐标系的负序分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值;
S4.2,获得dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式;
具体步骤为:S4.2.1,根据瞬时功率理论,电网侧功率表示如下:
S=ei*=p+jq (13);
式中:
其中,p为有功功率,q为无功功率;p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量;
S4.2.2,将步骤S4.1中公式11和公式12代入步骤S4.2.1中的公式14,计算整理,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:
式中:p0为有功功率的基准值;pc2为有功功率的余弦脉动分量;ps2为有功功率的正弦脉动分量;q0为无功功率的基准值;qc2为无功功率的余弦脉动分量;qs2为无功功率的正弦脉动分量;ed +为电网电压在dq坐标系的d轴正序分量数值;eq +为电网电压在dq坐标系的q轴正序分量数值;ed -为电网电压在dq坐标系的d轴负序分量数值;eq -为电网电压在dq坐标系的q轴负序分量数值;id +为输出电流在dq坐标系的d轴正序分量数值;iq +为输出电流在dq坐标系的q轴正序分量数值;id -为输出电流在dq坐标系的d轴负序分量数值;iq -为输出电流在dq坐标系的q轴负序分量数值;
S4.3,得到在αβ静止坐标系下,得到有功功率p、无功功率q与电网电压、输出电流及电网电压的90°延迟信号、输出电流的的90°延迟信号的关系式;
具体步骤如下:S4.3.1,在αβ静止坐标系下,计算90°延迟信号与正负序分量之间的关系:
假设αβ静止坐标系下的变量为x,则其90°延迟信号表示为x′,延迟信号与正负序分量之间的关系为:
x′=xαβ +′+xαβ -′=-jxαβ ++jxαβ - (16);
则x、x′与正负序分量的关系表示为:
S4.3.2,对步骤S4.3.1中的公式17求逆可得:
整理后,得到dq旋转坐标系和αβ静止坐标系的正负序分量之间的关系为:
S4.3.3,结合步骤S4.3.2中的公式18和公式19,得到dq坐标系下正负序分量与αβ坐标下变量及延迟信号之间的表达式:
S4.3.4,将步骤S4.3.3中的公式20代入步骤S4.2中的公式15,得到dq坐标下的有功功率和无功功率与正负序分量之间的关系式:
其中:
式中:iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;iα′为输出电流α分量的90°延迟信号;iβ′为输出电流β分量的90°延迟信号;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号;
S4.4,为消除有功功率脉动,实现双向AC/DC变换器有功功率的稳定输出,令:
根据步骤S4.3求解公式23,得到输出电流、电网电压的α分量、β分量及延迟信号之间的表达式:
式中,iα为输出电流的α分量;iβ为输出电流的β分量;eα为电网电压的α分量;eβ为电网电压的β分量;eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号;
S4.5,根据步骤S4.4中的公式24得到有功功率的补偿值pcom和无功功率的补偿值qcom
式中:pcom为有功功率的补偿值;qcom为无功功率的补偿值,eα′为电网电压α分量的90°延迟信号;eβ′为电网电压β分量的90°延迟信号。
CN201710154706.7A 2017-03-15 2017-03-15 电网不平衡下双向ac/dc变换器故障容错模型预测控制方法 CN106849733B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710154706.7A CN106849733B (zh) 2017-03-15 2017-03-15 电网不平衡下双向ac/dc变换器故障容错模型预测控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710154706.7A CN106849733B (zh) 2017-03-15 2017-03-15 电网不平衡下双向ac/dc变换器故障容错模型预测控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106849733A CN106849733A (zh) 2017-06-13
CN106849733B true CN106849733B (zh) 2019-03-08

Family

ID=59145142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710154706.7A CN106849733B (zh) 2017-03-15 2017-03-15 电网不平衡下双向ac/dc变换器故障容错模型预测控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106849733B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108400616A (zh) * 2018-03-26 2018-08-14 上海电力学院 一种基于mpdpc的光伏并网逆变器动态性能优化方法
CN108712102B (zh) * 2018-06-13 2019-08-02 郑州轻工业学院 一种低损耗电压源逆变器模型预测电流控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6930893B2 (en) * 2002-01-31 2005-08-16 Vlt, Inc. Factorized power architecture with point of load sine amplitude converters
US8732669B2 (en) * 2011-03-11 2014-05-20 Oracle International Corporation Efficient model checking technique for finding software defects
CN103036462B (zh) * 2012-11-26 2014-10-22 天津大学 电网电压不平衡时电压源型整流器模型预测控制方法
CN103326399B (zh) * 2013-06-09 2015-02-25 浙江大学 一种不平衡及谐波电网下的并网逆变器控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106849733A (zh) 2017-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Miveh et al. Control techniques for three-phase four-leg voltage source inverters in autonomous microgrids: A review
Mahela et al. Power quality improvement in distribution network using DSTATCOM with battery energy storage system
Suul et al. Voltage-sensor-less synchronization to unbalanced grids by frequency-adaptive virtual flux estimation
Acuna et al. Improved active power filter performance for renewable power generation systems
Singh et al. Selective compensation of power-quality problems through active power filter by current decomposition
Blaabjerg et al. Comparison of two current modulation strategies for matrix converters under unbalanced input voltage conditions
Kim et al. New control scheme for AC-DC-AC converter without DC link electrolytic capacitor
Chen et al. Control and performance of a cascaded shunt active power filter for aircraft electric power system
CN103078480B (zh) 一种模块化多电平变流器环流控制方法
Zaveri et al. Comparison of control strategies for DSTATCOM in three-phase, four-wire distribution system for power quality improvement under various source voltage and load conditions
Kumar et al. Operation and control of an improved performance interactive DSTATCOM
CN103683319B (zh) 电网电压不平衡时基于滞环调制的并网逆变器控制方法
CN101924371B (zh) 一种混合型电能质量治理方法
Zhang et al. Study on grid connected inverter used in high power wind generation system
EP2560065A1 (en) Power converter
CN103368191B (zh) 一种微电网多逆变器并联电压不平衡补偿方法
CN103532156B (zh) 一种基于模块化多电平换流器的statcom不平衡补偿控制方法
CN106410849B (zh) 基于虚拟同步发电机的微网逆变器均衡控制方法
CN104836258A (zh) 一种兼具电压不平衡补偿和谐波抑制的微电网多逆变器控制方法
WO2014079124A1 (zh) 电网电压不平衡时电压源型整流器模型预测控制方法
Xiao et al. DC-bus voltage control of grid-connected voltage source converter by using space vector modulated direct power control under unbalanced network conditions
CN104300812B (zh) 一种三相电压型pwm整流器直接功率自抗扰控制方法
CN103944428B (zh) 一种适用于电网波形畸变的三相pwm整流器的控制方法
Valderrábano et al. DStatCom regulation by a fuzzy segmented PI controller
CN102142684A (zh) 一种高压直挂式svg综合控制装置及其综合控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant