CN106911147B - 一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法 - Google Patents

一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106911147B
CN106911147B CN201710255639.8A CN201710255639A CN106911147B CN 106911147 B CN106911147 B CN 106911147B CN 201710255639 A CN201710255639 A CN 201710255639A CN 106911147 B CN106911147 B CN 106911147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
load
control method
finite aggregate
current
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201710255639.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106911147A (zh
Inventor
金涛
苏泰新
刘思议
宗戈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
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 Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201710255639.8A priority Critical patent/CN106911147B/zh
Publication of CN106911147A publication Critical patent/CN106911147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106911147B publication Critical patent/CN106911147B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H02J3/382—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/003—Load forecast, e.g. methods or systems for forecasting future load demand

Abstract

本发明涉及一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，通过有限集模型预测控制对NPC逆变器负载侧电压进行控制，并通过在新的采样时刻直接应用提前预测得到的开状态后再预测新的开关状态的方法对控制算法进行延时补偿，实现对逆变器输出的控制。本发明所提出的一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，具有较好的控制效果，更佳的鲁棒性和可靠性。

Description

一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法
技术领域
本发明涉及新能源变换技术领域，特别是一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法。
背景技术
能源问题一直是全球共同面临的热点问题，近年来，可再生能源越来越受到人们的关注，各种新型能源如风能、太阳能、生物能在电力系统中得到了广泛的应用与推广。逆变部分是新能源发电系统与负载和电网连接的桥梁，是系统的核心环节。随着新能源技术的发展，对逆变器输出的电能质量提出了更高的要求，也对逆变器的控制也提出了新的挑战。
传统的逆变控制方法有滞环控制、双环控制、模糊控制等，近年来，有限集模型预测控制(Finite Control SetModel Predictive Control,FCS-MPC)在电力电子变换器上的应用为逆变器控制研究提供了新的思路。国内外学者已经取得了一定的研究成果，如在代价函数中增加约束条件实现多目标控制；考虑计算时间的问题，提出了更为计算量较小的更为快速的预测控制方法等。目前国内外的研究更多的集中在对逆变器输出电流的控制，而对输出电压控制的研究相对较少，对于计算带来的延时问题的关注也有所欠缺，在控制算法的完备性和精度的考量上还有值得进一步提高的地方。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，以克服现有技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：采集当前时刻tk下，NPC逆变器负载侧的电压电流状态，包括：当前时刻的负载侧电压vl(k)、负载电流il(k)以及逆变器输出电流io(k)；
步骤S2：应用之前tk-2时刻通过预测计算出的当前时刻的开关状态；
步骤S3：计算tk+2时刻NPC逆变器负载侧电压的参考电压
步骤S4：计算tk+1时刻的负载侧电压vl(k+1)；负载电流il(k+1)；逆变器输出电流io(k+1)；
步骤S5：计算tk+2时刻时负载电压的预测值vl(k+2)；
步骤S6：通过所述步骤S5对NPC逆变器预设的开关状态对应的负载侧电压进行预测，并与所述步骤S3获取的参考电压进行比较，选取差值的绝对值最小的开关状态作为tk+2时刻的开关状态；
步骤S7：保存当前时刻的采样值，开始下一时刻的采样循环。
在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，参考电压选取工频正弦电压，并记为：
Figure BDA0001273232390000021
式中:Vl *为参考电压幅值；θ(k)为参考电压的矢量角；稳态时，该矢量以角速度ω旋转且幅值不变，则tk+2时刻的参考电压表示为：
其中，Ts为系统采样时间。
在本发明一实施例中，在所述步骤S4中，由逆变系统模型得：
上式中：Lf为滤波电感；Rf为滤波电阻；Cf为滤波电容；vl为负载侧电压；il为负载电流；vo为逆变器输出电压；io为逆变器输出电流；
经整理得状态空间方程：
Figure BDA0001273232390000024
上式中：
对上述状态方程进行离散化得：
Figure BDA0001273232390000026
上式中：vo(k)为当前时刻逆变器输出电压；
Figure BDA0001273232390000031
Ts为系统采样时间；il(k+1)由拉格朗日插值多项式求得：il(k+1)＝3il(k)-3il(k-1)+il(k-2)。
在本发明一实施例中，在所述步骤S5中，采用如下方式获取所述预测值vl(k+2)：
在本发明一实施例中，在所述步骤S6中，通过代价函数
Figure BDA0001273232390000033
进行判断。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明针对FCS-MPC存在的计算延时问题，以逆变负载侧电压为控制目标，提出一种含有延时补偿的有限集模型预测电压控制(Finite Control Set Model Predictive Voltage Control,FCS-MPVC)，并将其应用在三相三电平NPC逆变器中，具有较好的控制效果，鲁棒性和可靠性更佳。对传统算法存在的计算延时问题进行延时补偿，提高了控制算法的性能。
附图说明
图1为本发明中一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法的流程图。
图2为本发明一实施例中三相NPC逆变系统拓扑图。
图3为本发明一实施例中三相NPC逆变器开关状态图。
图4为本发明一实施例中有无延时补偿跟踪比较示意图。
图5为本发明一实施例中输出电压跟踪比较示意图。
图6为本发明一实施例中三相输出负载电压波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，如图1所示，包括以下步骤:
步骤S1：采集当前时刻tk下，系统的电压电流状态，其中包括：当前时刻的负载侧电压vl(k)；负载电流il(k)；逆变器输出电流io(k)；
步骤S2：应用之前tk-2采样时刻预测计算出的当前时刻的开关状态；
步骤S3：计算tk+2时刻负载电压的参考值；
进一步的，在本实施例中，参考电压选取工频正弦电压，可以表示为：
Figure BDA0001273232390000041
式中:Vl *为参考电压幅值；θ(k)为参考电压的矢量角。稳态时，该矢量以角速度ω旋转且幅值不变，则tk+2时刻的参考电压可表示为：
Figure BDA0001273232390000042
步骤S4：根据已有数据计算tk+1时刻时，负载侧电压vl(k+1)；负载电流il(k+1)；逆变器输出电流io(k+1)；
进一步的，在本实施例中，如图2所示，由逆变系统模型可以推得：
上式中：Lf为滤波电感；Rf为滤波电阻；Cf为滤波电容；vl为负载侧电压；il为负载电流；vo为逆变器输出电压；io为逆变器输出电流；
经整理可得状态空间方程：
Figure BDA0001273232390000044
式中：
Figure BDA0001273232390000045
对上述状态方程进行离散化可得：
Figure BDA0001273232390000046
式中：vo(k)为逆变器输出电压；
Figure BDA0001273232390000047
Ts为系统采样时间；il(k+1)由拉格朗日插值多项式求得：il(k+1)＝3il(k)-3il(k-1)+il(k-2)；
步骤S5：根据已有数据计算tk+2时刻时负载电压的预测值vl(k+2)，即：
Figure BDA0001273232390000051
步骤S6：将NPC逆变器预设的开关状态对应的输出电压代入步骤S5的公式进行预测，且在本实施例中，如图3所示，包括27中开关状态；并与参考电压进行比较，选取差值的绝对值最小的开关状态作为tk+2时刻的开关状态，即取使代价函数
Figure BDA0001273232390000052
的最优开关状态；
步骤S7：保存当前时刻的采样值，开始下一采样时刻的循环。在本实施例中，保存il(k-1)、il(k-2)。
进一步的，如图2所示，为所采用的逆变系统的拓扑图。图4从理论上分析了有无延时补偿情况下的电压跟踪情况，从图中可以看出，由于存在计算延时，会对电压跟踪精度造成影响。图5为有无延时补偿情况下输出电压的跟踪比较。图6为通过采用本发明提出的方法所产生的负载电压波形。从图5以及图6中可以看出采用本发明提出的技术方案具有较高的精度与可靠性。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：采集当前时刻tk下，NPC逆变器负载侧的电压电流状态，包括：当前时刻的负载侧电压vl(k)、负载电流il(k)以及逆变器输出电流io(k)；
步骤S2：应用之前tk-2时刻通过预测计算出的当前时刻的开关状态；
步骤S3：计算tk+2时刻NPC逆变器负载侧电压的参考电压
Figure FDA0002020973150000011
步骤S4：计算tk+1时刻的负载侧电压vl(k+1)；负载电流il(k+1)；逆变器输出电流io(k+1)；
步骤S5：计算tk+2时刻时负载电压的预测值vl(k+2)；
步骤S6：通过所述步骤S5对NPC逆变器预设的开关状态对应的负载侧电压进行预测，并与所述步骤S3获取的参考电压进行比较，选取差值的绝对值最小的开关状态作为tk+2时刻的开关状态；
步骤S7：保存当前时刻的采样值，开始下一时刻的采样循环。
2.根据权利要求1所述的一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，参考电压选取工频正弦电压，并记为：
Figure FDA0002020973150000012
式中:Vl *为参考电压幅值；θ(k)为参考电压的矢量角；稳态时，该矢量以角速度ω旋转且幅值不变，则tk+2时刻的参考电压表示为：
Figure FDA0002020973150000013
其中，Ts为系统采样时间。
3.根据权利要求1所述的一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，由逆变系统模型得：
Figure FDA0002020973150000014
式中：Lf为滤波电感；Rf为滤波电阻；Cf为滤波电容；vl为负载侧电压；il为负载电流；vo为逆变器输出电压；io为逆变器输出电流；
经整理得状态空间方程：
Figure FDA0002020973150000021
上式中：
Figure FDA0002020973150000022
对上述状态方程进行离散化得：
Figure FDA0002020973150000023
上式中：vo(k)为当前时刻逆变器输出电压；
Figure FDA0002020973150000024
Ts为系统采样时间；il(k+1)由拉格朗日插值多项式求得：il(k+1)＝3il(k)-3il(k-1)+il(k-2)。
4.根据权利要求3所述的一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，其特征在于，在所述步骤S5中，采用如下方式获取所述预测值vl(k+2)：
Figure FDA0002020973150000025
5.根据权利要求1所述的一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法，其特征在于，在所述步骤S6中，通过代价函数
Figure FDA0002020973150000026
进行判断。
CN201710255639.8A 2017-04-19 2017-04-19 一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法 Active CN106911147B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710255639.8A CN106911147B (zh) 2017-04-19 2017-04-19 一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710255639.8A CN106911147B (zh) 2017-04-19 2017-04-19 一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106911147A CN106911147A (zh) 2017-06-30
CN106911147B true CN106911147B (zh) 2019-10-15

Family

ID=59210434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710255639.8A Active CN106911147B (zh) 2017-04-19 2017-04-19 一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106911147B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107546998B (zh) * 2017-07-25 2019-12-10 华南理工大学 一种基于双环预测控制的切换型控制方法
CN108923465A (zh) * 2018-08-03 2018-11-30 国网福建省电力有限公司 混合下垂控制与模型预测电压控制的微网孤岛控制方法
CN109802622A (zh) * 2019-03-11 2019-05-24 江苏罗宾康自动化科技有限公司 一种基于低开关频率控制的延时补偿装置
CN110535161B (zh) * 2019-09-10 2021-03-02 上海海事大学 Lcl型储能变换器的有限控制集模型预测控制方法
CN111600524B (zh) * 2020-05-26 2023-09-05 成都运达轨道交通技术服务有限公司 一种基于占空比优化的五相逆变器模型预测电流控制方法
CN112260564B (zh) * 2020-09-28 2022-07-05 苏州大学 一种轨道交通三电平辅助变流器模型预测控制系统和方法
CN113224963B (zh) * 2021-06-18 2022-06-10 苏州大学 T型三电平电压型的逆变器的输出控制方法及相关设备
CN113922689B (zh) * 2021-12-09 2022-02-22 希望森兰科技股份有限公司 一种二极管箝位型三电平变换器高性能模型预测控制算法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8040181B2 (en) * 2009-06-30 2011-10-18 Maxim Integrated Products, Inc. Time delay compensation and pulse width correction
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
KR101601591B1 (ko) * 2015-02-03 2016-03-10 중앙대학교 산학협력단 3상 전압원 인버터의 스위칭 손실을 감소시키는 제어 장치 및 제어 방법
CN105429484B (zh) * 2015-11-11 2018-07-06 北方工业大学 基于任意周期延时的pwm整流器预测功率控制方法及系统
CN105720842B (zh) * 2016-03-31 2017-08-22 天津工业大学 一种两电平pwm整流器延时补偿控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106911147A (zh) 2017-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106911147B (zh) 一种含延时补偿的有限集模型预测电压控制方法
Ahmed et al. A modified stationary reference frame-based predictive current control with zero steady-state error for LCL coupled inverter-based distributed generation systems
CN101604848B (zh) 单级三相光伏并网系统的模糊滑模控制方法
Long et al. Gradient descent optimization based parameter identification for FCS-MPC control of LCL-type grid connected converter
CN103595069B (zh) 不平衡电压下光伏发电系统网侧变换器模型预测控制方法
CN106549400B (zh) 一种基于电压预测的配电静止同步补偿器的控制方法
CN103326611A (zh) 一种三相电压源型pwm变流器的预测直接功率控制方法
AU2012370020A1 (en) Maximum power point tracking (MPPT)
CN109787495A (zh) 一种两电平逆变器的无模型预测电流控制方法
CN103684031A (zh) 一种pwm整流器电流滞环控制数字实现系统
WO2014094317A1 (zh) 基于模型预测控制的主动前端整流器滤波延迟补偿方法
CN103647467A (zh) 一种基于粒子群算法的不平衡电网下vsc多目标优化直接功率控制方法
Li A maximum power point tracking method with variable weather parameters based on input resistance for photovoltaic system
Zhang et al. Current tracking delay effect minimization for digital peak current mode control of DC–DC boost converter
CN114844115A (zh) 一种基于模型预测控制的光伏变流器构网控制方法及装置
Lajouad et al. Robust adaptive nonlinear controller of wind energy conversion system based on permanent magnet synchronous generator
CN112701939B (zh) Vienna整流器电流预测控制方法
KR20110053795A (ko) 단상 ｐｗｍ 컨버터의 직류 링크 커패시터 용량 추정 시스템
JP2017189028A (ja) 分散型電源の制御方法及び制御装置
CN110855169B (zh) 一种无电压传感器的单相逆变器模型预测控制方法
Zhu et al. Model Predictive Control with a Novel Parameter Identification Scheme for Dual-Active-Bridge Converters
KR20080034527A (ko) 단상 전원으로부터 3상의 전압 및 전류 값들을 모의하는방법 및 이를 이용한 단상용 분산 발전 시스템에서의 전력변환 장치를 제어하는 장치
Yanfeng et al. The comparative analysis of PI controller with PR controller for the single-phase 4-quadrant rectifier
Hu et al. Double‐step model predictive direct power control with delay compensation for three‐level converter
CN103885522A (zh) 基于直流母线电压控制的最大功率跟踪方法

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