CN113485109A - 一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法及系统，包括：获取控制侧的状态变量数据；根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；按照最小误差标幺值大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。通过将不同的控制目标根据各级控制目标误差的相对大小进行优先级排序，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，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。

Description

一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法及系统

技术领域

本发明涉及发电系统并网控制技术领域，尤其涉及一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

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，海洋直驱永磁同步风电变流器系统如图2所示，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。

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，分别设置不同的权系数以确定目标的优先级，各控制目标的权系数采用离线试凑法(trail-and-error)来选择。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，增加了系统重要控制目标的实现难度。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3所示。然而，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。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，只改变级联控制器筛选的开关频率数量作出微调也难以改变局面，使得传统级联预测控制存在优先级较低目标控制性能较差、多工况适应能力差的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法及系统，通过将不同的控制目标根据各级控制目标误差的相对大小进行优先级排序，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，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，通过误差阈值改变控制器选择的开关矢量的数量，使通过控制器的开关矢量代价函数不会大于误差阈值，保证控制的稳态性能。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，包括：

获取控制侧的状态变量数据；

根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

按照最小误差标幺值大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

进一步的，在进行级联控制时，通过控制开关矢量的控制目标的误差小于等于控制器的误差阈值的方法，对每一级控制器输出的开关矢量进行筛选。

第二方面，提出了一种基于可变优先级的变流器动态级联控制系统，包括：

数据获取模块，用于获取控制侧的状态变量数据；

控制目标的最小误差确定模块，用于根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

最小误差标幺值获取模块，用于将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

最小误差标幺值排序模块，用于对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

级联控制顺序确定模块，用于按照最小误差标幺值大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

第三方面，提出了一种电子设备，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，完成一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法所述的步骤。

第五方面，提出了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，完成一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法所述的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开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，通过可变优先级，该方法可根据不同工况下控制目标的误差不同，通过误差的标幺值的大小对比调整级联控制的顺序，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。

2、本公开基于误差阈值筛选控制器输出的开关矢量的数目，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，各控制目标的误差值都不会太大，保证级联预测控制的稳态输出具有比较高的质量；同时所提方法使用了设置级联控制器所能筛选的开关矢量的数目上限，确保不会让控制器一次性筛选大量的开关矢量通过控制器，降低该级控制器的控制优先度，保证控制效果。

3、本公开提出的动态级联控制方法为通用方案，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

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1公开方法的流程图；

图2为海洋直驱永磁同步风电变流器系统图；

图3为传统级联预测控制开关矢量选择过程图；

图4为实施例1公开的电机侧动态级联控制原理图；

图5为实施例1公开的电网侧动态级联控制原理图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。

实施例1

在该实施例中，公开了一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，包括：

获取控制侧的状态变量数据；

根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

按照最小误差标幺值大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

进一步的，在进行级联控制时，通过控制开关矢量的控制目标的误差小于等于控制器的误差阈值的方法，对每一级控制器输出的开关矢量进行筛选。

进一步的，根据不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差获得各控制器的误差阈值。

进一步的，将上一级控制器选出的开关矢量输入本级控制器中计算不同开关矢量的控制目标的误差，根据不同开关矢量的控制目标的误差对本级控制器输出的开关矢量进行筛选。

进一步的，确定每一级控制器筛选出的开关矢量的具体过程为：

筛选出每一级对应的控制目标的误差小于等于控制目标的误差阈值的开关矢量；

当筛选出的开关矢量数目小于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限时，控制器输出根据误差阈值筛选出的数目的开关矢量；

当筛选出的开关矢量数目大于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限时，控制器输出限制输出的开关矢量数目上限的开关矢量。

进一步的，当控制侧为电机侧时，获取的状态变量包括电机侧电流、电机定子磁链角度和电机转速，控制目标的最小误差包括定子电流最小电流误差和最小开关频率。

进一步的，当控制侧为电网侧时，获取的状态变量包括电网侧的电压、电流变流器直流母线电压和电容电压差值，控制目标的最小误差包括电流的最小电流误差、最小开关频率和最小中性点电压差。

对本实施例公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法进行详细说明。

本实施例针对海洋直驱永磁同步风力发电变流器传统模型预测控制存在的权系数设计复杂及多控制目标优先级不明确的问题，和级联模型预测控制稳态性能差且级联控制优先级固定难以适应不同工况的问题，提出了一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，该方法可以通过控制目标的误差改变控制的优先级，调整级联预测控制级联控制器的级联顺序，同时通过误差阈值调节每一个级联控制器筛选的开关矢量数量，解决传统级联预测控制由筛选开关矢量固定导致的稳态控制效果差的问题。而且该方法在动态的时候能够优先保证电流控制效果，使输出电流尽快恢复平稳，在稳态时保证中性点电压差和开关频率控制，使变流器正常运行减少损耗，进一步提高了稳态性能，并且使用限幅的方法，使级联控制器动态筛选的开关矢量数量不能超过规定的开关矢量数目上限，保证了每一级控制的优先级。该方法能够提高暂态和稳态控制性能，同时克服权系数调试困难无法确定优先级的问题，而且可以根据不同的控制目标改变控制系统结构，适应不同工况。

本实施例公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，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。

对于电机侧采用的是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和开关频率控制；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控制。

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控制的重要程度进行优先级排序，误差严重的的控制目标重要程度高、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3所示，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。

一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，如图1所示，包括：

获取控制侧的状态变量数据；

根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

按照大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

通过计算不同开关矢量在每个控制目标上的最小误差，并将最小误差与控制目标参考值相除进行标幺化，获取控制目标的最小误差标幺值，通过对比最小误差标幺值的大小，进行控制目标重要程度的排列，最小误差标幺值越大，说明最小误差相比较参考值更大，该控制目标的偏差更大，控制更急迫，对该控制目标控制的优先级更高，按照最小误差标幺值从大到小的顺序，从高到低排列级联控制的优先级，实现了对级联控制顺序的动态调整。

在进行级联控制时，将上一级控制器输出的开关矢量输入本级控制器，通过控制开关矢量的控制目标的误差小于等于本级控制器的误差阈值的方法确定本级控制器输出的开关矢量；从最后一级控制器筛选出的开关矢量中选取最佳开关矢量，根据最佳开关矢量在下一控制控制变流器。

通过控制开关矢量的控制目标的误差小于等于误差阈值的方法，确定每一级控制器筛选出的开关矢量，具体过程为：

根据不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差获得各控制器的误差阈值；

筛选出每一级对应的控制目标的误差小于该级控制器的控制目标的误差阈值的开关矢量；

当筛选出的开关矢量数目小于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限时，控制器输出根据误差阈值筛选出的数目的开关矢量；

当筛选出的开关矢量数目大于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限时，控制器输出限制输出的开关矢量数目上限的开关矢量。

通过控制开关矢量的控制目标的误差不得超过相应控制器的误差阈值的方法，控制动态级联控制的级联控制器筛选的开关矢量数目，使筛选出来的开关矢量控制目标的误差在一定范围之内，让筛选的开关矢量对于每个控制目标误差最大不超过误差阈值，保证了对于所提控制目标的质量。

通过本实施例公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，可以分别对电机侧和电流侧的变流器进行控制。

分别结合对电机侧和电流侧的变流器控制，对本实施例公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法进行详细说明。

对于电机侧变流器的控制步骤，如图4所示，包括：

步骤1：传感器采样电机侧电流I_phm，电机定子磁链角度θ以及电机侧电机转速n。

步骤2：将电机定子磁链角度θ和电机侧电流I_phm输入控制器中进行park变换，转化成定子电流dq轴分量，将电机转速n和电机转速参考值进行比较送入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i_d、i_q在k+1时刻的值，及电网侧电压αβ轴分量V_α、V_β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控制目标的惩罚项。

控制目标的惩罚项包括：

(1)电流控制惩罚项是dq坐标系下的定子电流i_d和i_q。i_q的参考由转矩误差获得，通过控制i_q，可以控制转矩，进而控制转速达到参考转速。i_d则根据最大转矩电流控制设定为0。这两个控制目标合为一项，优先级最高，其代价函数为：

其中，i_d*和i_q*是dq坐标系下的定子电流的参考值。

(2)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，为此优先级控制目标，则代价函数为：

其中，S_a、S_b、S_c是电机侧变换器每一相桥臂的当前开关状态，S_a ⁱ、S_b ⁱ、S_c ⁱ是电机侧变换器每一相桥臂经过预测之后下一时刻将要变成的开关状态。

步骤5：根据各控制目标的惩罚项确定控制目标的最小误差，包括电机侧定子电流最小电流误差和最小开关频率。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i_α、i_β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。同理选出最小的开关频率，最小的开关频率是开关矢量在下一时刻进行改变的时候，与当前时刻开关矢量对比需要变化的开关管的数量，选择最小开关频率乘一个系数作为开关频率阈值。

步骤6：将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值。

具体为：将最小的电流误差除参考电流

获得最小电流误差的标幺值，最小开关频率除期望开关频率获得最小开关频率的标幺值。将它们进行对比，如果最小电流误差标幺值大，那么电流控制器在级联控制的第一级，如果最小开关频率标幺值大，那么开关频率控制器在第一级。

步骤7：将所有的开关矢量送入第一级控制器，预测在下一个控制周期打出每个开关矢量的开关状态，计算每个开关状态在第一级控制器的代价函数，筛选出代价函数小于第一级控制器控制目标的误差阈值的开关矢量，即控制目标的误差小于等于误差阈值的开关矢量。其中，第一级控制器控制目标的误差阈值根据不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差确定，若筛选出的开关矢量数目小于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限，则输出根据误差阈值筛选的数目的开关矢量。若筛选出的开关矢量数目大于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限，则输出该级控制器限制输出的开关矢量数量上限的开关矢量，送入下一控制器。

设置每一级控制器开关矢量的输出上限进行限幅的意义在于，如果设置固定的误差阈值作为筛选开关矢量的唯一标准，在误差阈值相对于运行状态较高的时候，该控制器将会一次性通过大量的开关矢量给下一级控制器。控制器筛选滤除掉的开关矢量多证明对于该控制目标的要求高，需要的优先级高。如果高优先级的控制目标筛选通过了大量的开关矢量，也意味着对于该级控制器所控制的控制目标较高优先级的筛选作用没有发挥。这种情况下应该对除了最后一个之外的每个级联控制器的筛选开关矢量数目做一个上限(最后一级控制器一定只输出一个最佳开关矢量)，使上一级控制目标的优先级得到保证。

步骤8：将第一级控制器输出的开关矢量送入级联控制器第二级控制器进行计算，筛选出代价函数小于第二级控制器控制目标的误差阈值的开关矢量，从中选出第二级控制器代价函数最小(控制目标的误差最小)的开关矢量作为最佳开关矢量。

步骤9：将选出的最佳开关矢量在下一控制周期打出，控制电机侧变流器。

对于电网侧变流器的控制步骤，如图5所示，包括：

步骤1：传感器采用电网侧电压和电流V_ph、I_ph，及背靠背变流器直流母线电压V_dc和两电容电压差值V_dc12，计算电网侧发出的有功功率和无功功率P、Q。

步骤2：有功功率P、无功功率Q和两电容电压差值V_dc12用于观测，将电网侧电流电压和电流V_ph、I_ph经过clark变换，转化到αβ轴坐标系。将直流母线电压V_dc和电压参考值进行比较送入PI控制器，得到参考d轴电流参考i_dref。

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i_α、i_β在k+1时刻的值，预测出电网侧电压αβ轴分量V_α、V_β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控制目标的惩罚项参数。控制目标的惩罚项如下：

(1)电流控制器惩罚项是dq坐标系下的电网侧电流i_d和i_q。i_d参考由直流母线电压控制外环获得，通过控制i_d，可以实现对直流母线电压的控制。i_q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，其代价函数为：

其中，i_d*和i_q*是dq坐标系下的电网侧电流的参考值。

(2)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为：

其中，S_a、S_b、S_c是电网侧变换器每一相桥臂的当前开关状态，S_a ⁱ、S_b ⁱ、S_c ⁱ是电网侧变换器每一相桥臂经过预测之后下一时刻将要变成的开关状态。

(3)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V_dc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。其代价函数为：

J_V＝(V_c1-V_c2)²

其中，V_c1和v_c2是直流母线上下两个均压电容C₁、C₂的电压。

步骤5：记录电网侧最小电流误差、最小开关频率和最小中性点电压差。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i_α、i_β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。同理选出最小中性点电压差，中性点电压差是直流母线两个电容电压差值的平方。选择最小的中性点电压差乘一个系数作为中性点电压差阈值。

步骤6：将最小的电流误差除参考电流

获得最小电流误差的标幺值，最小开关频率除期望开关频率获得最小开关频率的标幺值，最小中性点电压差除期望电容电压获得最小中性点电压差的标幺值。将它们进行对比，通过控制目标误差的标幺值从大到小排列级联控制器不同控制目标的优先级从重要到不重要。

步骤7：将所有的开关矢量送入第一级控制器，预测在下一个控制周期打出每个开关矢量的开关状态，计算每个开关状态在第一级控制器的代价函数，选择代价函数函数小于误差阈值的开关状态，选择造成这些代价函数函数值小于误差阈值的开关状态的开关矢量，把这些开关矢量输入下一级控制器。若筛选出的开关矢量数目小于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限，则输出根据误差阈值筛选的数目的开关矢量。若筛选出的开关矢量数目大于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限，则输出该级控制器限制输出的开关矢量数量上限的开关矢量，送入下一控制器。

步骤8：将第一级控制器筛选出的开关矢量送入级联控制器第二级控制器进行计算，筛选出代价函数小于第二级控制器控制目标的误差阈值的开关矢量。若筛选出的开关矢量数目小于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限，则输出根据误差阈值筛选的数目的开关矢量。若筛选出的开关矢量数目大于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限，则输出该级控制器限制输出的开关矢量数量上限的开关矢量，送入下一控制器。

步骤9：将第二级控制器筛选出的开关矢量送入级联控制器第三级控制器进行计算，筛选出代价函数小于第三级控制器控制目标的误差阈值的开关矢量，从中选出第三级控制器代价函数最小的开关矢量作为最佳开关矢量。

步骤10：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。

本实施例公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，基于误差阈值和可变优先级，核心点是基于不同控制目标的最小误差的标幺值对控制目标优先级进行排序，根据优先级进行级联预测控制减少预测控制的计算量和权系数调试难度，科学确定优先级关系，使重要控制目标优先控制；基于控制目标的误差阈值控制级联控制器筛选的开关矢量数目，使系统运行时每个控制目标的误差在可接受范围内，改善系统正常运行时的稳态控制质量。使用电流误差阈值，改善网侧电流的质量。使用中性点电压差阈值，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。使用开关频率误差阈值，减少变流器开关频率，减少损耗。

本实施例公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，可简化传统方案的权系数设计过程，明确优先级并可自由调整并提高稳态性能，具有以下效果：

(1)所提方法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，通过可变优先级，该方法可根据不同工况下控制目标的误差不同，通过误差的标幺值的大小对比调整级联控制的顺序，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；在暂态情况下，需要系统优先恢复平稳运行，这个时候优先控制电流使其恢复正常；在稳态情况下，对电流误差达到要求的时候优先追求低开关频率来减少开关损耗和中性点电压偏差来维持变流器正常工作。

(2)所提方法基于误差阈值筛选，通过电流误差阈值、开关频率阈值和中性点电压差阈值筛选，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，电流误差和中性点电压差和开关频率都不会太大，保证级联预测控制的稳态输出具有比较高的质量；同时所提方法使用了设置级联控制器所能筛选的开关矢量的数目上限，确保不会让控制器一次性筛选大量的开关矢量通过控制器，降低该级控制器的控制优先度，保证控制效果。

(3)所提方案是一种动态级联控制的通用方案，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。

实施例2

在该实施例中，公开了一种基于可变优先级的变流器动态级联控制系统，包括：

数据获取模块，用于获取控制侧的状态变量数据；

控制目标的最小误差确定模块，用于根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

最小误差标幺值获取模块，用于将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

最小误差标幺值排序模块，用于对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

级联控制顺序确定模块，用于按照大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

进一步的，级联控制模块，用于在进行级联控制时，通过控制开关矢量的控制目标的误差小于等于控制器的误差阈值的方法，对每一级控制器输出的开关矢量进行筛选。

进一步的，误差阈值确定模块，用于根据不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差获得各控制器的误差阈值。

实施例3

在该实施例中，公开了一种电子设备，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，完成实施例1公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法所述的步骤。

实施例4

在该实施例中，公开了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，完成实施例1公开的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法所述的步骤。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，包括：

获取控制侧的状态变量数据；

根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

按照最小误差标幺值大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

2.如权利要求1所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，在进行级联控制时，通过控制开关矢量的控制目标的误差小于等于控制器的误差阈值的方法，对每一级控制器输出的开关矢量进行筛选。

3.如权利要求2所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，根据不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差获得各控制器的误差阈值。

4.如权利要求2所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，将上一级控制器选出的开关矢量输入本级控制器中计算不同开关矢量的控制目标的误差，根据不同开关矢量的控制目标的误差对本级控制器输出的开关矢量进行筛选。

5.如权利要求2所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，确定每一级控制器筛选出的开关矢量的具体过程为：

筛选出每一级对应的控制目标的误差小于等于控制目标的误差阈值的开关矢量；

当筛选出的开关矢量数目小于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限时，控制器输出根据误差阈值筛选出的数目的开关矢量；

当筛选出的开关矢量数目大于该级控制器限制输出的开关矢量数目上限时，控制器输出限制输出的开关矢量数目上限的开关矢量。

6.如权利要求1所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，当控制侧为电机侧时，获取的状态变量包括电机侧电流、电机定子磁链角度和电机转速，控制目标的最小误差包括定子电流最小电流误差和最小开关频率。

7.如权利要求1所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法，其特征在于，当控制侧为电网侧时，获取的状态变量包括电网侧的电压、电流变流器直流母线电压和电容电压差值，控制目标的最小误差包括电流的最小电流误差、最小开关频率和最小中性点电压差。

8.一种基于可变优先级的变流器动态级联控制系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取控制侧的状态变量数据；

控制目标的最小误差确定模块，用于根据获取的状态变量数据预测下一控制周期变流器不同开关矢量状态下的各控制目标的最小误差；

最小误差标幺值获取模块，用于将各控制目标的最小误差进行标幺化，获取各控制目标的最小误差标幺值；

最小误差标幺值排序模块，用于对各控制目标的最小误差标幺值进行大小排序；

级联控制顺序确定模块，用于按照最小误差标幺值大小排列顺序确定该控制侧控制器的级联控制顺序。

9.一种电子设备，其特征在于，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，完成权利要求1-7任一项所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的一种基于可变优先级的变流器动态级联控制方法的步骤。

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