CN113315385B - 海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法 - Google Patents

海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于电流误差阈值的动态级联预测控制方法，通过将不同的控制目标根据重要程度进行优先级排序，然后按照优先级的顺序筛选开关矢量的方式实现多目标控制，消除了传统模型控制权系数众多，调试复杂，多目标杂糅、优先级混乱的问题。该方法通过电流误差计算，自动调整第一级电流控制器所筛选开关矢量的数量，克服了传统级联预测控制由筛选开关矢量固定所导致的优先级较低目标的控制性能差的问题。此外，该方法还改善了第一级电流控制的效果，提高了永磁同步风机并网电能质量。该方法在风电并网领域应用前景广阔。

Description

海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法
技术领域
本发明属于海洋风力发电系统并网控制技术领域，具体涉及一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
大力发展可再生能源是解决能源与环境问题的重要手段，海洋风力发电是可再生能源利用的重要方式。但是，目前大量的海洋风电机组因变流器接入控制及调度等原因无法长期并网而难以发挥作用，形势不容乐观。改进风电变流器系统性能，提升风电并网品质已成为当务之急。
直驱永磁同步风电变流器因具有换流设备结构简单、造价低、功率密度大、效率高和故障穿越能力强等优点，已成为海洋风力发电系统的主要配置类型，如图1所示。该系统包含运营、风电系统及电力变流器控制层三个控制层。其中，变流器控制层的主要控制目标如下：(1)发电机侧，快速、精确地跟踪转矩的控制指令；(2)电网侧，快速、精确地跟踪有功、无功功率的控制指令；(3)母线处，控制母线中点电压保持平衡同时维持总电压跟踪参考值。
在实际控制时，该系统是典型的多时间尺度动力学系统，风机传动链等机械部分(时间常数为ms-s级)、发电机等电磁部分(时间常数为μs级)以及含有半导体开关器件的变流器等(时间常数为ns-μs级)时间常数迥异，且呈现机械-电磁强耦合的现象。此外，该系统在多种运行工况(起动、稳态与故障穿越等)下需要同时兼顾多个控制目标。
据发明人了解，变流器控制层的传统控制方法包含矢量控制和直接控制两类。然而，这两类传统的控制方法存在以下不足：1)传统控制本质上属于单目标控制，实现多目标控制只能采用层层级联的控制结构，这降低了系统控制带宽，降低了系统整体的动态性能。2)低开关频率下传统控制的电能质量变差。3)传统控制方法无法包含非线性约束。模型预测控制通过代价函数将时间常数迥异和特性多样的控制目标放在一个函数中进行同时控制，具有多目标优化能力和多工况适应能力，可以处理时变、非线性、强耦合、多目标、多约束系统的最优控制问题，被誉为电力电子与电力传动的第三代控制技术，已在电机驱动、电力变流器等领域得到广泛应用。
传统模型预测控制通过一个代价函数包含多个控制目标，分别设置不同的权系数以确定目标的优先级。然而，该系统的诸多控制目标相互耦合，且跨多时间尺度、多数量级，难以设置最优的权系数来权衡各控制目标的优先级，因此难以保证较好的控制效果。为此，有学者提出了级联预测控制，通过将不同的控制目标根据重要程度进行优先级排序，然后按照优先级的顺序筛选开关矢量的方式实现多目标控制，如图2所示。但是，传统级联预测控制每一层筛选的开关数量是固定的，牺牲了优先级较低目标的控制性能，以两级控制目标为例：传统级联预测控制在第一阶段的优化中将选择数目较少且固定的开关矢量，以保证第一级的控制效果；第二级又在第一级所选择的开关矢量中遴选使第二级最优的开关矢量，限制了第二级优化的选择范围，降低了第二级目标的控制性能。此外，固定的优先级顺序也难以适应所有工况下的控制要求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法，本发明通过将不同的控制目标根据重要程度进行优先级排序，然后按照优先级的顺序筛选开关矢量的方式实现多目标控制，消除了传统模型控制权系数众多，调试复杂，多目标杂糅、优先级混乱的问题。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法，对于电机侧变流器，包括以下步骤：
获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
根据检测数据预测下一时刻数据；
计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
使用包含电流误差和开关频率限制的代价函数进行开关矢量选择，选择代价函数最小的开关矢量；
在下一控制周期按照选出的最优开关矢量，控制变流器。
作为可选择的实施方式，获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理的具体过程包括：
采样电机侧电流、电机定子磁链角度以及电机侧电机的转速，将电机侧电流经过park变换，转化成定子电流dq轴分量，将转速和参考进行比较送入PI控制器，得到转矩参考。
作为可选择的实施方式，计算电流误差的具体过程包括：计算dq坐标系下的定子电流，其中d轴的定子电流参考由转矩误差获得，通过控制d轴的定子电流参考，控制转矩，进而控制转速达到参考转速，q轴的定子电流参考根据最大转矩电流控制设定为0。
一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制系统，包括：
数据预处理模块，被配置为获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
预测模块，被配置为根据检测数据预测下一时刻数据；
参数设置模块，被配置为计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
代价函数控制模块，被配置为使用包含电流误差和开关频率限制的代价函数进行开关矢量选择，选择代价函数最小的开关矢量；
变流器控制模块，被配置为在下一控制周期按照选出的最优开关矢量，控制变流器。
一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法，对于电网侧变流器，包括以下步骤：
获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
根据检测数据预测下一时刻数据；
计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
计算电流误差阈值，筛选出小于电流误差阈值的开关矢量；
对筛选出的开关矢量进行开关频率控制，选择开关频率小于预设值的开关矢量；
对选择的开关矢量进行电容中性点电压控制，最终筛选出最优开关矢量；
在下一控制周期按照选出最优开关矢量，控制变流器。
作为可选择的实施方式，获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理的具体过程包括：获取电网侧电压和电流，及背靠背变流器直流母线电压和两电容电压差值，计算电网侧发出的有功功率和无功功率，将电网侧电流相电压经过clark变换，转化到αβ轴坐标系，将直流母线电压和参考进行比较送入PI控制器，得到参考d轴电流参考。
作为可选择的实施方式，计算电流误差阈值的具体过程包括：计算电网侧电流αβ轴分量iα、iβ与其参考值的差值的平方和，选择最小的电流误差值乘相应系数作为电流误差阈值。
作为可选择的实施方式，对选择的开关矢量进行电容中性点电压控制的具体过程包括：计算上下两个均压电容的电容中性点电压差值的平方，选取平方值最小的开关矢量为最优开关矢量。
一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制系统，包括：
数据预处理模块，被配置为获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
预测模块，被配置为根据检测数据预测下一时刻数据；
参数计算模块，被配置为计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
电流误差控制模块，被配置为计算电流误差阈值，筛选出小于电流误差阈值的开关矢量；
开关频率控制模块，被配置为对筛选出的开关矢量进行开关频率控制，选择开关频率小于预设值的开关矢量；
电容中性点电压控制模块，被配置为对选择的开关矢量进行电容中性点电压控制，最终筛选出最优开关矢量；
变流器控制模块，被配置为在下一控制周期按照选出最优开关矢量，控制变流器。
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明针对海洋直驱永磁同步风电变流器系统，提出了一种新颖的基于电流误差阈值的动态级联预测控制方法，简化传统方案的控制结构和权系数设计过程，简化了调试难度并提高性能。
本发明通过电流误差阈值，人为控制动态级联预测控制的第一级电流控制筛选的开关矢量数目。使筛选出来的开关矢量电流误差在一定范围之内，保证了电流控制的质量；第二级控制使用开关频率控制，使开关频率尽可能低减少损耗；对于电网侧变流器，还需要第三级控制中点电压平衡，即本发明的动态级联预测控制把统一的代价函数拆开，将不同的控制目标根据重要程度进行优先级排序，重要程度高的控制目标优先级高。然后按照优先级的顺序，逐步筛选备选的开关矢量，最终获得一个最优的开关矢量，通过级联结构的代价函数，一方面避免了权系数的选择问题，同时还降低了权系数调试复杂程度。
本发明完全采用级联预测控制框架，相比于传统模型预测控制，不需要设计权系数，简化了设计和调试过程；另一方面，本发明可根据工况自适应地调整控制目标优先级，以保证满足各种工况下对控制目标的性能需求；
本发明先基于电流误差阈值筛选，改变了传统级联预测控制每一步控制筛选出开关矢量的数目固定的问题，无论如何筛选开关矢量，电流的误差都不会太大，保证级联预测控制的稳态输出具有比较高的质量，是一种动态级联预测控制的通用方案，其可推广至双馈异步风力发电系统、四象限电机驱动等场景，应用范围广泛。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为海洋直驱永磁同步风电变流器系统；
图2为传统级联预测控制开关矢量选择过程；
图3为本发明所提的动态级联预测控制策略流程图；
图4为电机侧动态级联预测控制原理图；
图5为电网侧动态级联预测控制原理图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种基于电流误差阈值的动态级联预测控制方法。该方法通过将不同的控制目标根据重要程度进行优先级排序，然后按照优先级的顺序筛选开关矢量的方式实现多目标控制，消除了传统模型控制权系数众多，调试复杂，多目标杂糅、优先级混乱的问题。该方法通过电流误差计算，自动调整第一级电流控制器所筛选开关矢量的数量，克服了传统级联预测控制由筛选开关矢量固定所导致的优先级较低目标的控制性能差的问题。此外，该方法还改善了第一级电流控制的效果，提高了永磁同步风机并网电能质量。该方法在风电并网领域应用前景广阔。
具体的技术方案，详细介绍如下：
主要控制目标可以归结如下三点：(a)电机侧，快速、精确地跟踪转矩的控制指令，保证各种工况下电机转矩脉动小，电流谐波因数低；(b)电网侧，快速、精确地跟踪有功、无功功率的控制指令，减少母线电压波动，满足电能质量要求；(c)母线处，控制直流母线电压并保持中性点电压平衡，确保变流器稳定工作。
本文风机侧采用的是PI转速外环，预测控制内环的结构。对于内环的预测控制，控制目标包含电流控制、开关频率控制。电网侧采用的是直流电压外环，预测控制内环的结构。对于内环的预测控制，控制目标包含电流控制、开关频率控制和电容中点电压平衡。
动态级联预测控制把统一的代价函数拆开，将不同的控制目标根据重要程度进行优先级排序，重要程度高的控制目标优先级高。然后按照优先级的顺序，逐步筛选备选的开关矢量(如图2)，最终获得一个最优的开关矢量。通过级联结构的代价函数，一方面避免了权系数的选择问题，同时还降低了权系数调试复杂程度。
本发明的核心点是通过电流误差阈值，人为控制动态级联预测控制的第一级电流控制筛选的开关矢量数目。使筛选出来的开关矢量电流误差在一定范围之内，保证了电流控制的质量；第二级控制使用开关频率控制，使开关频率尽可能低减少损耗；对于电网侧变流器，还需要第三级控制中点电压平衡。
本发明公开了一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法，控制流程图，如图3所示。下面分别介绍电机侧和电网侧变流器的具体控制步骤。
电机侧变流器控制步骤：
步骤1：传感器采样电机侧电流Iphm，电机定子磁链角度θ以及电机侧电机的转速n。
步骤2：将电机侧电流经过park变换，转化成定子电流dq轴分量。将转速和参考进行比较送入PI控制器，得到转矩参考。
步骤3：预测控制器根据k时刻电流和电压进行预测，得到电机侧电流dq轴分量id、iq在k+1时刻的值，及电网侧电压αβ轴分量Vα、Vβ在k+1时刻的值。
步骤4：计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各种惩罚项参数。
步骤5：进行代价函数计算，电机侧使用传统模型预测控制，选出代价函数最小的开关矢量，如图4所示。
电流控制惩罚项是dq坐标系下的定子电流id和iq。id的参考由转矩误差获得，通过控制id，可以控制转矩，进而控制转速达到参考转速。iq则根据最大转矩电流控制设定为0。开关频率控制惩罚项是电机侧变换器的开关频率。在大功率风电系统中，低开关频率可以降低功率损耗，从而降低设备的散热要求。因此可以通过在代价函数中添加对开关动作的惩罚项，在保证系统性能的前提下尽可能降低开关频率。
代价函数J为：
Figure BDA0003086679240000111
P在S＞2000时为100，其他时候为0，Sxi，x为a、b、c，是遍历的将要在下个开关周期打出的所有开关矢量，Sx是采样时刻的开关矢量。
步骤6：将选出的开关矢量在下一控制周期打出，控制电机侧变流器。
电网侧变流器控制步骤，如图5所示：
步骤1：传感器采用电网侧电压和电流Vph、Iph，及背靠背变流器直流母线电压Vdc和两电容电压差值Vdc12，计算电网侧发出的有功功率和无功功率P、Q。
步骤2：将电网侧电流相电压经过clark变换，转化到αβ轴坐标系。将直流母线电压和参考进行比较送入PI控制器，得到参考d轴电流参考idref。
步骤3：根据现有的电流和电压的αβ轴分量进行电流的预测，得出电网侧电流αβ轴分量iα、iβ在k+1时刻的值，预测出电网侧电压αβ轴分量Vα、Vβ在k+1时刻的值。
步骤4：预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各种惩罚项参数，同时记录电网侧最小电流误差。最小电流误差是所有的开关矢量中使电流惩罚项最小的电流矢量。电流惩罚项为电网侧电流αβ轴分量iα、iβ与其参考值的差值的平方和，预测电流值与参考值之间的差值越小，惩罚项越小。选择最小的电流误差值乘一个系数作为电流误差阈值。
步骤5：进行代价函数计算，选择电流误差阈值之内的开关矢量进行级联预测控制，按照一定的优先级送入级联控制器，准备进行各个惩罚项比较，选出每个控制器代价函数最小的特定个数开关矢量，最终选出适合的开关矢量。
步骤6：送入级联控制器第一级电流控制器进行计算，筛选出小于电流误差阈值的开关矢量，送入下一控制器。电流控制器惩罚项是dq坐标系下的电网侧电流id和iq。id参考由直流母线电压控制外环获得，通过控制id，可以实现对直流母线电压的控制。iq参考值则设定为0，保证电网侧功率因数为1。这两个控制目标合为一项，优先级最高，其代价函数J1为：
Figure BDA0003086679240000131
步骤7：送入级联控制器第二级开关频率控制器进行计算，筛选出开关频率最小的两个开关矢量，送入下一控制器。开关频率控制器惩罚项是电网侧变换器的开关频率。在大功率风电系统中，低开关频率可以降低功率损耗，从而降低设备的散热要求。因此可以通过在代价函数中添加对开关动作的惩罚项，在保证系统性能的前提下尽可能降低开关频率，为此优先级控制目标，则第二阶段控制目标的代价函数J2为：
Figure BDA0003086679240000132
步骤8：送入级联控制器第三级开关电容中性点电压控制器进行计算，筛选出电容中性点电压不平衡最小的两个的开关矢量，送入下一控制器。电容中性点电压控制器惩罚项是背靠背变流器的电容中性点电压不平衡量。针对中性点钳位式三电平变流器，正常工作情况下上下两个均压电容C1、C2的电压应相等，上下桥臂的开关管所承受的最大电压为直流母线电压Vdc的一半。然而在某些工况下，中性点电压会发生偏离，从而导致输出电压波形畸变，偏离严重时会导致开关管击穿。因此需要通过控制算法来保证电容电压平衡。第三阶段控制目标的代价函数J3为：
J3＝(Vc1-Vc2)2
使用电流误差阈值来筛选第一阶段开关矢量是因为在某些工况下，针对所筛选出来的两个开关矢量u1、u2，J1(u1)>>J1(u2)，他们被送入第二阶段控制目标代价函数，最终计算得到的J2(u1)可能反而比较小，影响第一阶段的控制效果。通过这种方法，保证了所筛选矢量ui所对应的代价函数J1(ui)一定小于电流误差阈值，来剔除与最小电流控制误差J1,min相差较大的开关矢量，保证电流控制的质量。
步骤9：将选出的开关矢量在下一控制周期打出，控制电网侧变流器。
本发明基于电流误差阈值和级联预测控制，核心点是基于级联预测控制减少预测控制的计算量和权系数调试难度，合理确定优先级关系，使重要控制目标优先控制；基于电流误差阈值控制电流控制筛选的开关矢量数目，改善系统正常运行时的稳态电能质量，转速波动时降低电网侧电流和直流母线电压的波动，使其快速恢复平稳。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法，对于电机侧变流器，其特征是：包括以下步骤：
获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
根据检测数据预测下一时刻数据；
计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
使用包含电流误差和开关频率限制的代价函数进行开关矢量选择，选择代价函数最小的开关矢量；
在下一控制周期按照选出的最优开关矢量，控制变流器；
电机侧变流器控制步骤：
步骤1：传感器采样电机侧电流Iphm，电机定子磁链角度θ以及电机侧电机的转速n；
步骤2：将电机侧电流经过park变换，转化成定子电流dq轴分量；将转速和参考进行比较送入PI控制器，得到转矩参考；
步骤3：预测控制器根据k时刻电流和电压进行预测，得到电机侧电流dq轴分量id、iq在k+1时刻的值，及电网侧电压αβ轴分量Vα、Vβ在k+1时刻的值；
步骤4：计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各种惩罚项参数；
步骤5：进行代价函数计算，电机侧使用传统模型预测控制，选出代价函数最小的开关矢量；
电流控制惩罚项是dq坐标系下的定子电流id和iq；iq则根据最大转矩电流控制设定为0；开关频率控制惩罚项是电机侧变换器的开关频率；
代价函数J为：
Figure FDA0003846903740000021
P在S＞2000时为100，其他时候为0，Sxi，x为a、b、c，是遍历的将要在下个开关周期打出的所有开关矢量，Sx是采样时刻的开关矢量；
步骤6：将选出的开关矢量在下一控制周期打出，控制电机侧变流器。
2.一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制系统，其特征是：所述系统实现如权利要求1所述的一种电机侧变流器控制步骤，包括：
数据预处理模块，被配置为获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
预测模块，被配置为根据检测数据预测下一时刻数据；
参数设置模块，被配置为计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
代价函数控制模块，被配置为使用包含电流误差和开关频率限制的代价函数进行开关矢量选择，选择代价函数最小的开关矢量；
变流器控制模块，被配置为在下一控制周期按照选出的最优开关矢量，控制变流器。
3.一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制方法，对于电网侧变流器，其特征是：包括以下步骤：
获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
根据检测数据预测下一时刻数据；
计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
计算电流误差阈值，筛选出小于电流误差阈值的开关矢量；
对筛选出的开关矢量进行开关频率控制，选择开关频率小于预设值的开关矢量；
对选择的开关矢量进行电容中性点电压控制，最终筛选出最优开关矢量；
在下一控制周期按照选出最优开关矢量，控制变流器；
电网侧变流器控制步骤：
步骤1：传感器采用电网侧电压和电流Vph、Iph，及背靠背变流器直流母线电压Vdc和两电容电压差值Vdc12，计算电网侧发出的有功功率和无功功率P、Q；
步骤2：将电网侧电流相电压经过clark变换，转化到αβ轴坐标系；将直流母线电压和参考进行比较送入PI控制器，得到参考d轴电流参考idref；
步骤3：根据现有的电流和电压的αβ轴分量进行电流的预测，得出电网侧电流αβ轴分量iα、iβ在k+1时刻的值，预测出电网侧电压αβ轴分量Vα、Vβ在k+1时刻的值；
步骤4：预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各种惩罚项参数，同时记录电网侧最小电流误差；最小电流误差是所有的开关矢量中使电流惩罚项最小的电流矢量；电流惩罚项为电网侧电流αβ轴分量iα、iβ与其参考值的差值的平方和，预测电流值与参考值之间的差值越小，惩罚项越小；选择最小的电流误差值乘一个系数作为电流误差阈值；
步骤5：进行代价函数计算，选择电流误差阈值之内的开关矢量进行级联预测控制，按照一定的优先级送入级联控制器，准备进行各个惩罚项比较，选出每个控制器代价函数最小的特定个数开关矢量，最终选出适合的开关矢量；
步骤6：送入级联控制器第一级电流控制器进行计算，筛选出小于电流误差阈值的开关矢量，送入下一控制器；电流控制器惩罚项是dq坐标系下的电网侧电流id和iq；id参考由直流母线电压控制外环获得，通过控制id，可以实现对直流母线电压的控制；iq参考值则设定为0，保证电网侧功率因数为1；这两个控制目标合为一项，优先级最高，其代价函数J1为：
Figure FDA0003846903740000041
步骤7：送入级联控制器第二级开关频率控制器进行计算，筛选出开关频率最小的两个开关矢量，送入下一控制器；开关频率控制器惩罚项是电网侧变换器的开关频率；则第二阶段控制目标的代价函数J2为：
Figure FDA0003846903740000051
步骤8：送入级联控制器第三级开关电容中性点电压控制器进行计算，筛选出电容中性点电压不平衡最小的两个的开关矢量，送入下一控制器；电容中性点电压控制器惩罚项是背靠背变流器的电容中性点电压不平衡量；第三阶段控制目标的代价函数J3为：
J3＝(Vc1-Vc2)2
步骤9：将选出的开关矢量在下一控制周期打出，控制电网侧变流器。
4.一种海洋直驱永磁同步风电变流器动态级联预测控制系统，其特征是：所述系统实现如权利要求3所述的一种电网侧变流器控制步骤，包括：
数据预处理模块，被配置为获取计算所需检测数据，对检测数据进行预处理；
预测模块，被配置为根据检测数据预测下一时刻数据；
参数计算模块，被配置为计算下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的惩罚项参数；
电流误差控制模块，被配置为计算电流误差阈值，筛选出小于电流误差阈值的开关矢量；
开关频率控制模块，被配置为对筛选出的开关矢量进行开关频率控制，选择开关频率小于预设值的开关矢量；
电容中性点电压控制模块，被配置为对选择的开关矢量进行电容中性点电压控制，最终筛选出最优开关矢量；
变流器控制模块，被配置为在下一控制周期按照选出最优开关矢量，控制变流器。
5.一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成如权利要求1或权利要求3中方法中的步骤。
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