CN113629748B - 一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置 - Google Patents

一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置 Download PDF

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CN113629748B CN202111182898.5A CN202111182898A CN113629748B CN 113629748 B CN113629748 B CN 113629748B CN 202111182898 A CN202111182898 A CN 202111182898A CN 113629748 B CN113629748 B CN 113629748B
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Abstract

本发明公开一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置，方法包括：设置两级式模型预测控制策略；基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制；根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。采用定开关频率的适用于五电平储能变流器拓扑的两级式模型预测控制策略，第一级采用基于模型预测控制的虚拟同步机策略，第二级采用定开关频率的模型预测控制策略，能够有效支撑电网电压和频率。

Description

一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置。
背景技术
ANPC五电平储能变流器因其谐波小、损耗低、电压应力小等诸多优势，在光伏并网发电、中压电机驱动及储能系统中得以广泛应用。
储能变流器控制策略是其关键难题。现有ANPC五电平调制策略主要分为基于载波调制的脉宽调制策略（如移相脉宽调制策略及电平移位脉宽调制策略）以及空间矢量脉宽调制策略。其中，载波调制策略存在直流母线电压利用率低的难题。零序电压注入法虽然可有效解决该难题。但是，伴随着电平数目的不断提高，零序电压计算变得愈加复杂，给控制器性能提出了巨大挑战。空间矢量调制策略则是因其需要进行扇区判断及电压矢量作用时间计算等步骤，计算尤为繁琐，实现困难。应用空间矢量调制算法后，其中点电压及悬浮电容电压平衡控制亦将变得尤为复杂。
在多电平储能变流器中，存在交流电压、直流母线电压，悬浮电容电压等多个关键控制目标，需要多个控制器，极易导致控制参数复杂、系统稳定性变差。模型预测控制是一种能够实现多目标优化的控制策略，具有动态相应快、实现简单、易于包含非线性约束等优点，近年来受到越来越多的关注。此外，伴随着新能源的大规模接入电网，电力系统电力电子化程度日趋明显，电网电压频率波动抑制显得尤为重要。储能变流器可充分利用储能剩余容量，为电网提供有效的电压和惯性频率支撑，使得交流频率在调节过程中实现平滑稳定响应。然而，现有五电平ANPC储能变流器模型预测控制策略单纯考虑了中点电压及悬浮电容电压的调节，并不具备电网电压支撑及电网频率波动抑制的功能。
因此，亟需提出一种新型的五电平储能变流器模型预测控制方法及装置，既能简化现有五电平储能变流器控制策略，又能进一步实现电网电压和频率支撑的功能。
发明内容
本发明提供一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置，用于至少解决上述技术问题之一。
第一方面，本发明提供一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法，包括：步骤1：设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；步骤2：基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，其中，对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制包括：计算最优功率变化率，并基于所述最优功率变化率对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制，使输出最优功率；对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制包括：根据获取的所述最优功率，基于积分环节计算参考电压相位；根据获取的所述参考电压相位，基于无功功率下垂得到参考电压幅值；根据获取的所述参考电压幅值，对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，使输出电压参考值；步骤3：根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
第二方面，本发明提供一种五电平储能变流器级联模型预测控制装置，包括：设置模块，配置为设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；控制模块，配置为基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，其中，对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制包括：计算最优功率变化率，并基于所述最优功率变化率对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制，使输出最优功率；对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制包括：根据获取的所述最优功率，基于积分环节计算参考电压相位；根据获取的所述参考电压相位，基于无功功率下垂得到参考电压幅值；根据获取的所述参考电压幅值，对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，使输出电压参考值；修正模块，配置为根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行本发明任一实施例的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法的步骤。
本申请的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法及装置，具有以下有益效果：
（1）采用定开关频率的适用于五电平储能变流器拓扑的两级式模型预测控制策略，第一级采用基于模型预测控制的虚拟同步机策略，第二级采用定开关频率的模型预测控制策略，能够有效支撑电网电压和频率；
（2）根据谐波电流实时修正五电平储能变流器模型，在该两级式模型预测控制策略的基础之上，实现了电流谐波的有效抑制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的五电平储能变流器电压矢量图；
图3为本发明一实施例提供的五电平储能变流器的工频管开关状态及扇区选择图；
图4为本发明一实施例提供的一种五电平储能变流器级联模型预测控制装置的结构框图；
图5是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本申请的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法的流程图。
如图1所示，一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法包括以下步骤：
步骤1：设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略。
步骤2：基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制。
在本实施例中，为了实现功率均分及电网惯性支撑，虚拟同步机控制策略可表述为：
Figure 679260DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中，
Figure 867796DEST_PATH_IMAGE002
为转动惯量，
Figure 6915DEST_PATH_IMAGE003
为阻尼系数，
Figure 139956DEST_PATH_IMAGE004
为机械转矩，
Figure 521259DEST_PATH_IMAGE005
为电磁转矩，
Figure 564301DEST_PATH_IMAGE006
为机械功率，
Figure 372857DEST_PATH_IMAGE007
为电磁功率。
为方便数字实现，公式（1）可根据后向欧拉公式进行离散。进而可得
Figure 748520DEST_PATH_IMAGE008
为：
Figure 667934DEST_PATH_IMAGE009
（2）
式中，
Figure 831062DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 810520DEST_PATH_IMAGE011
时刻的机械转矩值，
Figure 918153DEST_PATH_IMAGE012
为第
Figure 142723DEST_PATH_IMAGE011
时刻的机械角速度与上一时刻的机械角速度之间的差值量，
Figure 160358DEST_PATH_IMAGE013
为第
Figure 576296DEST_PATH_IMAGE014
时刻的机械转矩值，
Figure 171225DEST_PATH_IMAGE015
为控制周期，
Figure 573388DEST_PATH_IMAGE002
为转动惯量，
Figure 304583DEST_PATH_IMAGE003
为阻尼系数，
Figure 127308DEST_PATH_IMAGE016
为第
Figure 209534DEST_PATH_IMAGE011
时刻的机械功率与上一时刻的机械功率之间的差值，
Figure 540021DEST_PATH_IMAGE017
为第
Figure 266668DEST_PATH_IMAGE011
时刻的电磁功率与上一时刻的电磁功率之间的差值，且
Figure 758829DEST_PATH_IMAGE018
（3）
式中，
Figure 829816DEST_PATH_IMAGE019
为第
Figure 698415DEST_PATH_IMAGE011
时刻的机械角速度值，
Figure 279569DEST_PATH_IMAGE020
为第
Figure 473790DEST_PATH_IMAGE014
时刻的机械角速度值，
Figure 265028DEST_PATH_IMAGE021
为第
Figure 812684DEST_PATH_IMAGE011
时刻的机械功率值，
Figure 874443DEST_PATH_IMAGE022
为第
Figure 239566DEST_PATH_IMAGE014
时刻的机械功率值，
Figure 393467DEST_PATH_IMAGE023
为第
Figure 603868DEST_PATH_IMAGE011
时刻的电磁功率值，
Figure 284248DEST_PATH_IMAGE024
为第
Figure 695638DEST_PATH_IMAGE014
时刻的电磁功率值；
考虑的角频率变化和功率变换，
Figure 697354DEST_PATH_IMAGE008
的价值函数可描述为：
Figure 711447DEST_PATH_IMAGE025
（4）
式中，
Figure 246333DEST_PATH_IMAGE026
为价值函数值，
Figure 828624DEST_PATH_IMAGE027
为第
Figure 81751DEST_PATH_IMAGE011
时刻的额定角频率值，
Figure 135420DEST_PATH_IMAGE017
为第
Figure 790392DEST_PATH_IMAGE011
时刻的电磁功率值与上一时刻的电磁功率值之间的差值，
Figure 278005DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 18428DEST_PATH_IMAGE011
时刻的机械转矩当前值，
Figure 374323DEST_PATH_IMAGE028
为机械转矩最小值，
Figure 759168DEST_PATH_IMAGE029
为机械转矩最大值，
Figure 43781DEST_PATH_IMAGE030
为权重系数，权重系数的值为：
Figure 271500DEST_PATH_IMAGE031
（5）
其中，
Figure 40873DEST_PATH_IMAGE032
可表示为：
Figure 670438DEST_PATH_IMAGE033
（6）
式中，
Figure 624487DEST_PATH_IMAGE032
为选择权重系数的判断条件，
Figure 587107DEST_PATH_IMAGE034
为第
Figure 160170DEST_PATH_IMAGE014
时刻的机械角频率值，
Figure 909820DEST_PATH_IMAGE035
为第
Figure 34771DEST_PATH_IMAGE014
时刻的额定机械角频率值，
Figure 846870DEST_PATH_IMAGE036
为第
Figure 82679DEST_PATH_IMAGE037
时刻的机械角频率值，
Figure 922721DEST_PATH_IMAGE038
为第
Figure 359519DEST_PATH_IMAGE037
时刻的额定机械角频率值；
根据公式（2）-公式（6）可计算得到最优功率变化率。
通过最优功率变化率对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制，使输出最优功率；
对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制包括：根据获取的所述最优功率，基于积分环节计算参考电压相位；根据获取的所述参考电压相位，基于无功功率下垂得到参考电压幅值；根据获取的所述参考电压幅值，对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，使输出电压参考值。
步骤3：根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
在本实施例中，首先可基于瞬时无功理论或者其他谐波提取理论获取谐波电流，然后基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值，其中，计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值的表达式为：
Figure 783547DEST_PATH_IMAGE039
，式中，
Figure 823047DEST_PATH_IMAGE040
为第
Figure 157076DEST_PATH_IMAGE011
时刻的储能变流器侧输出的修正电压参考值，
Figure 623830DEST_PATH_IMAGE041
为滤波电容容值，
Figure 36619DEST_PATH_IMAGE042
为滤波电感感量，
Figure 879810DEST_PATH_IMAGE043
为控制周期，
Figure 68346DEST_PATH_IMAGE044
为第
Figure 706000DEST_PATH_IMAGE011
时刻的电容电压值，
Figure 104621DEST_PATH_IMAGE045
为第
Figure 626869DEST_PATH_IMAGE014
时刻的电容电压值，
Figure 296010DEST_PATH_IMAGE046
为第
Figure 104566DEST_PATH_IMAGE011
时刻的负载电流值，
Figure 865849DEST_PATH_IMAGE047
为第
Figure 785263DEST_PATH_IMAGE014
时刻的电感电流值。
综上，本申请的方法采用在功率外环中使用第一级模型预测控制策略，实现了电网电压频率振荡抑制，为电网频率稳定提供了有力支撑，在电压内环中使用第二级模型预测控制策略，简化了计算量及滤波器设计，并且根据谐波电流实时修正五电平储能变流器模型，在该两级式模型预测控制策略的基础之上，实现了电流谐波的有效抑制。
在一些可选的实施例中，所述第一级模型预测控制策略包括模型预测控制策略和虚拟同步发电机控制策略。通过模型预测控制策略与虚拟同步发电机理论结合，根据电网状态实时调整功率输出，增加了系统惯性，达到稳定电网频率的作用。
在一些可选的实施例中，所述第二级模型预测控制策略包括模型预测控制策略和定频率控制策略，具体为：
Figure 807446DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 193428DEST_PATH_IMAGE049
开关状态选择、相邻矢量选择、最优占空比计算、中点电压调节、悬浮电容电压调节五部分，其具体推导如下：
1）
Figure 802526DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 525631DEST_PATH_IMAGE049
开关状态选择
五电平储能变流器的数学模型为：
Figure 667900DEST_PATH_IMAGE050
（7）
式中，
Figure 959204DEST_PATH_IMAGE051
为电容电压，
Figure 288554DEST_PATH_IMAGE052
为电感电流，
Figure 316815DEST_PATH_IMAGE053
为电容容值，
Figure 313590DEST_PATH_IMAGE054
为电感感量，
Figure 510216DEST_PATH_IMAGE055
为负载电流，
Figure 858021DEST_PATH_IMAGE056
为储能变流器输出电压。
将公式（7）可离散化为：
Figure 922929DEST_PATH_IMAGE057
（8）
式中，
Figure 649576DEST_PATH_IMAGE044
为第
Figure 908781DEST_PATH_IMAGE011
时刻的电容电压值，
Figure 743882DEST_PATH_IMAGE058
为第
Figure 222268DEST_PATH_IMAGE011
时刻的负载电压值，
Figure 193635DEST_PATH_IMAGE059
为第
Figure 856698DEST_PATH_IMAGE014
时刻的电容电压值，
Figure 414980DEST_PATH_IMAGE060
为控制周期，
Figure 962636DEST_PATH_IMAGE061
为滤波电容容值，
Figure 788510DEST_PATH_IMAGE062
为第
Figure 888053DEST_PATH_IMAGE011
时刻的电感电流值，
Figure 41954DEST_PATH_IMAGE063
为第
Figure 517934DEST_PATH_IMAGE011
时刻的负载电流值，
Figure 688060DEST_PATH_IMAGE064
为第
Figure 833871DEST_PATH_IMAGE014
时刻的电感电流值；
根据公式（8），逆变器侧输出电压参考值
Figure 599702DEST_PATH_IMAGE065
可表示为：
Figure 613794DEST_PATH_IMAGE066
（9）
其中，
Figure 289626DEST_PATH_IMAGE067
可通过拉格朗日二次插值定理获得。进而根据参考电压
Figure 730972DEST_PATH_IMAGE065
的正负可进一步确定工频开关管
Figure 751143DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 178713DEST_PATH_IMAGE049
的开关状态。即，
Figure 568106DEST_PATH_IMAGE065
大于零时，开关管
Figure 445932DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 61721DEST_PATH_IMAGE049
处于开通状态；
Figure 683195DEST_PATH_IMAGE065
小于零时，开关管
Figure 694139DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 87074DEST_PATH_IMAGE049
处于关断状态。
2）相邻两矢量选择
为简化计算，只考虑如空间矢量图2所示的处于顶点和中心的电压矢量。首先根据参考电压矢量
Figure 580372DEST_PATH_IMAGE068
幅值确定电压矢量作用在哪个扇区，其具体判断条件如图3所示的表格。假设当参考电压坐落在如图2所示的第一扇区时，此时新的电压矢量需修改为：
Figure 474379DEST_PATH_IMAGE069
（10）
式中，
Figure 244889DEST_PATH_IMAGE070
为新的电压矢量，
Figure 933359DEST_PATH_IMAGE071
为修改前的电压矢量，
Figure 149839DEST_PATH_IMAGE072
为中心电压矢量；
为计算得出相邻电压矢量，引入价值函数：
Figure 722903DEST_PATH_IMAGE073
（11）
式中，
Figure 206974DEST_PATH_IMAGE074
为价值函数，
Figure 331925DEST_PATH_IMAGE075
为第i个电压矢量的
Figure 409602DEST_PATH_IMAGE076
轴分量，
Figure 910991DEST_PATH_IMAGE077
为当前电压矢量的
Figure 751033DEST_PATH_IMAGE076
轴分量，
Figure 187831DEST_PATH_IMAGE078
为第i个电压矢量的
Figure 611859DEST_PATH_IMAGE079
轴分量，
Figure 651359DEST_PATH_IMAGE080
为当前电压矢量的
Figure 985388DEST_PATH_IMAGE079
轴分量。为了选择两个不同的矢量，价值函数可改写为：
Figure 452142DEST_PATH_IMAGE081
（12）
其中，
Figure 504411DEST_PATH_IMAGE082
为两个不同矢量的价值函数之和，
Figure 583488DEST_PATH_IMAGE074
为第一个矢量的价值函数，
Figure 896658DEST_PATH_IMAGE083
为第二个矢量的价值函数，
Figure 675258DEST_PATH_IMAGE084
。通过公式（12），选择具有最小价值函数值的两个相邻电压矢量
Figure 73878DEST_PATH_IMAGE085
和
Figure 720760DEST_PATH_IMAGE086
作为作用矢量，并应用于占空比计算。
3）最优占空比计算
最优占空比可在电流跟踪误差最小的基础上获得。
4）中点电压调节
中点电压可以通过调节每个小扇区中间矢量的占空比时间实现。以图2中
Figure 763802DEST_PATH_IMAGE087
形成的区域为例，矢量
Figure 73823DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 959740DEST_PATH_IMAGE089
对输出具有相同的作用，但是它们对中点电压的作用是相反的，因此可通过调节矢量
Figure 285679DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 307862DEST_PATH_IMAGE089
的作用时间实现中点电压的调节。其中，
Figure 287319DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 801477DEST_PATH_IMAGE089
总作用时间为
Figure 26047DEST_PATH_IMAGE090
。
5）悬浮电容电压调节
悬浮电容电压的调节与五电平储能变流器移相控制策略相似，即通过选择冗余矢量的不同开关状态实现各相悬浮电容电压的控制。
请参阅图4，其示出了本申请的一种五电平储能变流器级联模型预测控制装置的结构框图。
如图4所示，五电平储能变流器级联模型预测控制装置200，包括设置模块210、控制模块220以及修正模块230。
其中，设置模块210，配置为设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；控制模块220，配置为基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，其中，对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制包括：计算最优功率变化率，并基于所述最优功率变化率对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制，使输出最优功率；对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制包括：根据获取的所述最优功率，基于积分环节计算参考电压相位；根据获取的所述参考电压相位，基于无功功率下垂得到参考电压幅值；根据获取的所述参考电压幅值，对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，使输出电压参考值；修正模块230，配置为根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
应当理解，图4中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图4中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的五电平储能变流器级联模型预测控制方法；
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；
基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制；
根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据五电平储能变流器级联模型预测控制装置的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至五电平储能变流器级联模型预测控制装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例五电平储能变流器级联模型预测控制方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与五电平储能变流器级联模型预测控制装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于五电平储能变流器级联模型预测控制装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；
基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制；
根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；
步骤2：基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，其中，对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制包括：
计算最优功率变化率，并基于所述最优功率变化率对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制，使输出最优功率；
对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制包括：
根据获取的所述最优功率，基于积分环节计算参考电压相位；
根据获取的所述参考电压相位，基于无功功率下垂得到参考电压幅值；
根据获取的所述参考电压幅值，对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，使输出电压参考值，其中，计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值的表达式为：
Figure FDA0003399282990000011
式中，vi(k+1)*为第k+1时刻的储能变流器侧输出的修正电压参考值，Cf为滤波电容容值，Lf为滤波电感感量，Ts为控制周期，vf(k+1)为第k+1时刻的电容电压值，vf(k)为第k时刻的电容电压值，io(k+1)为第k+1时刻的负载电流值，if(k)为第k时刻的电感电流值；
步骤3：根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
2.根据权利要求1所述的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述第一级模型预测控制策略包括模型预测控制策略和虚拟同步发电机控制策略。
3.根据权利要求2所述的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机控制策略的表达式为：
Figure FDA0003399282990000021
式中，J为转动惯量，D为阻尼系数，wm为机械转矩，wo为电磁转矩，Pn为机械功率，Pout为电磁功率。
4.根据权利要求1所述的一种五电平储能变流器级联模型预测控制方法，其特征在于，所述第二级模型预测控制策略包括Sx1和Sx2开关状态选择、相邻矢量选择、最优占空比计算、中点电压调节以及悬浮电容电压调节。
5.一种五电平储能变流器级联模型预测控制装置，其特征在于，包括：
设置模块，配置为设置两级式模型预测控制策略，其中，所述两级式模型预测控制策略包括第一级模型预测控制策略以及第二级模型预测控制策略；
控制模块，配置为基于所述第一级模型预测控制策略和所述第二级模型预测控制策略分别对五电平储能变流器模型的功率外环和五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，其中，对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制包括：
计算最优功率变化率，并基于所述最优功率变化率对五电平储能变流器模型的功率外环进行控制，使输出最优功率；
对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制包括：
根据获取的所述最优功率，基于积分环节计算参考电压相位；
根据获取的所述参考电压相位，基于无功功率下垂得到参考电压幅值；
根据获取的所述参考电压幅值，对五电平储能变流器模型的电压内环进行控制，使输出电压参考值，其中，计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值的表达式为：
Figure FDA0003399282990000031
式中，vi(k+1)为第k+1时刻的储能变流器侧输出的修正电压参考值，Cf为滤波电容容值，Lf为滤波电感感量，Ts为控制周期，vf(k+1)为第k+1时刻的电容电压值，vf(k)为第k时刻的电容电压值，io(k+1)为第k+1时刻的负载电流值，if(k)为第k时刻的电感电流值；
修正模块，配置为根据瞬时无功理论提取谐波电流，基于所述谐波电流修改所述五电平储能变流器模型的参考电压幅值，使计算得到储能变流器模型侧输出的修正电压参考值。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至4任一项所述的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法。
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