CN114372605A - Ups系统电气状态量预测方法、控制方法、系统 - Google Patents

Ups系统电气状态量预测方法、控制方法、系统 Download PDF

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CN114372605A CN202111441452.XA CN202111441452A CN114372605A CN 114372605 A CN114372605 A CN 114372605A CN 202111441452 A CN202111441452 A CN 202111441452A CN 114372605 A CN114372605 A CN 114372605A
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Abstract

本发明公开了一种UPS系统电气状态量预测方法、控制方法、系统，在UPS系统控制策略方面，首先通过UPS系统的离散模型获得UPS系统动态变量预测值与开关管开关变量的关系，然后基于MPC(模型预测控制)构造目标优化控制函数，最后通遍历各种开关状态下目标优化控制函数的代价值Q获取各个时刻的最优开关变量。本发明所提方法解决了多变换器组合系统协同控制复杂，控制优化困难等问题，提高了大功率UPS系统的工作效率和控制系统的稳定性。

Description

UPS系统电气状态量预测方法、控制方法、系统
技术领域
本发明涉及UPS控制技术领域，特别是一种UPS系统电气状态量预测方法、控制方法、系统。
背景技术
如图1，大功率UPS系统的拓扑为T型三电平整流器，T型三电平逆变器，三电平三相直流变换器共直流母线结构，其中直流母线上有C1，C2两个稳压电容，并且配备由晶闸管组成的电磁旁路开关(由晶闸管组成)。其中T型三电平整流器连接交流电网，直流侧电容引出两条直流母线；T型三电平逆变器连接负载，三电平双向直流变换器连接储能电池，蓄电池通过三电平双向直流变换器接入直流母线。T型三电平逆变器在直流母线取电逆变成交流电为用电负荷供电。电磁旁路开关连接于市电和负载之间。UPS系统总共有4种工作模式：旁路工作模式、UPS供电模式、蓄电池供电模式、蓄电池馈电模式。
图2为功率UPS工作模式图，大功率UPS共有4种工作模式：分别为旁路工作模式、UPS供电模式、蓄电池供电模式、蓄电池馈电模式。
旁路工作模式：此时UPS故障，或者手动矢能旁路开关，此时电网直接向负载供电，UPS闭锁。
UPS供电模式：当市电、UPS均正常时，此时旁路开关断开，T型三电平整流器工作于PWM整流状态，T型三电平逆变器工作于PWM逆变状态，电网通过整流器、逆变器给负载供电，同时三电平双向直流变换器从直流母线上获取电能给蓄电池充电。
蓄电池供电模式：当市电异常，而UPS正常时，电磁旁路开关断开，T型三电平整流模块闭锁，蓄电池可通过双向直流变换器、T型三电平逆变模块直接向负载供电，保证供电的持续。
蓄电池馈电模式：当市电、UPS均正常，负载无需供电且蓄电池SOC(State ofCharge，荷电状态)>0.8时，电磁旁路开关断开，T型三电平逆变模块闭锁，蓄电池通过双向直流变换器、T型三电平整流器(工作于逆变模式)向电网回馈电能。近年来，UPS不断朝着大型化、模块化发展，系统集成与中央监控也不断完善。但是随着市场的不断扩大，UPS使用的场合也越随之增加，负载越来越复杂，不间断需要适应的恶劣条件越来越多，给UPS提出了许多调整要求。如何实现UPS的大功率应用，并且提高UPS系统运行的效率和控制稳定性是现阶段UPS技术和产业发展的重要研究课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种UPS系统电气状态量预测方法、控制方法、系统，解决现有UPS系统多变换器控制复杂，可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种UPS系统电气状态量预测方法，包括：
UPS系统T型三电平整流器输出交流电流预测值ig(k+1)的计算公式为：
Figure BDA0003382958870000021
UPS系统T型三电平整流器输出交流电压参考值ur_ref(k)的计算公式为：
Figure BDA0003382958870000022
UPS系统T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k)的计算公式为：
ui_ref(k)＝un(k)；
UPS系统交流电压预测值u(k+1)的计算公式为：
Figure BDA0003382958870000023
UPS系统直流侧稳压电容预测值Ucn(k+1)的计算公式为：
Figure BDA0003382958870000024
UPS系统三电平三相直流变换器电感电流预测值iL(k+1)的计算公式为：
Figure BDA0003382958870000025
其中，u(k)为T型三电平整流器输出交流电压，Ls为T型三电平整流器输出滤波电感值，Ts为采样间隔时间，RS是UPS系统输出线路电阻，ig(k)是k采样时刻的网侧电流，ug(k)为k采样时刻电网电压；ur_ref(k)为k采样时刻T型三电平整流器交流侧输出指令电压，irg_ref(k)是k采样时刻的网侧电流指令值；un(k)为负载额定电压在k采样时刻的采样值；ω为电网角频率；Ucn(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器直流侧电容Cn的电压值，Ucn(k)为k采样时刻Cn的电压值，icn(k)为k采样时刻流过Cn的电流值；UES为储能电池电压，L为UPS系统三电平三相直流变换器电感值，T1～T4为三电平三相直流变换器开关管输出状态，iL(k)为k时刻三电平双向直流变换器电感电流值；n＝1，2；||表示逻辑或运算。
本发明可以预测各个开关量对应的电气状态，便于在UPS系统控制过程中整体优化控制UPS系统，从而解决了现有UPS系统多变换器控制复杂，可靠性低的问题。
本发明还提供了一种UPS系统电气状态量预测系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行本发明UPS系统电气状态量预测方法的步骤。
本发明还提供了一种UPS系统控制方法，包括：
当UPS系统工作于UPS供电模式时，若蓄电池SOC≥0.8，则构造优化函数Q＝J1+J2；
当UPS系统工作于UPS供电模式时，若蓄电池SOC<0.8，则构造优化函数Q＝J1+J2+J3；
当UPS系统工作于蓄电池供电模式时，或者UPS系统工作于蓄电池馈电模式时，若蓄电池SOC＞0.2，则构造优化函数Q＝J2+J4；
其中，
J1＝|urα_ref(k+1)-urα(k+1)|+|urβ_ref(k+1)-urβ(k+1)|+λ1|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
J2＝|uiα_ref(k+1)-uiα(k+1)|+|uiβ_ref(k+1)-uiβ(k+1)|；
J3＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|；
J4＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|+λ2|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
urα(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器输出交流电压ur(k+1)在α轴的投影，urα_ref(k+1)为T型三电平整流器输出交流电压参考值ur_ref(k+1)在α轴的投影；urβ(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器输出交流电压ur(k+1)在β轴的投影，urβ_ref(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器输出交流电压参考值ur_ref(k+1)在β轴的投影；Uc1(k+1)，Uc2(k+1)分别表示k+1采样时刻T型三电平整流器直流侧电容C1，C2的电压值，uiα(k+1)为k+1采样时刻T型三电平逆变器输出交流电压ui(k+1)在α轴的投影，uiα_ref(k+1)为k+1采样时刻T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k+1)在α轴的投影，uiβ(k+1)为k+1采样时刻T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k+1)在β轴的投影，uiβ_ref(k+1)为T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k+1)在β轴的投影，λ1为T型三电平整流器控制权重，λ2为三电平三相直流变换器控制权重；iL_ref为T型三电平三相直流变换器电感电流值；Udc_ref为T型三电平整流器直流侧电压指令值，Udc(k+1)为直流侧电容电压在k+1时刻的值；
选取优化函数最小时的信号，对应控制T型三电平整流器、T型三电平逆变器、三电平三相直流变换器开关管的通断；
其中，ur_ref(k+1)、ui_ref(k+1)根据本发明UPS系统电气状态量预测方法计算得到，或者，采用本发明UPS系统电气状态量预测系统计算得到ur_ref(k+1)、ui_ref(k+1)。
本发明的UPS系统控制方法相比传统控制方法(PI控制，电流跟踪控制等)在多端变换器系统中具备显著优势，因传统控制方法的控制对象多为某个系统，如UPS中的储能输出端口，UPS整流器输入端口，UPS逆变器输出端口等，每个端口的最优开关控制可能存在相互制约，难以实现综合优化，而本发明的UPS系统控制方法则提前预测各个开关量对应的电气状态，并利用综合优化函数实现多端口系统的整体优化控制，各个端口的最优开关控制之间不存在相互制约的问题。
利用整体目标函数进行开关量寻优的控制方法可以实现多端口的协调优化函数，通过优化函数Q寻找可快速接近指令值的开关组合，相比传统的PI控制，本发明的响应速度更快且可靠性更高。
本发明中，λ1+λ2＝1，由于T型三电平整流器与三相直流变换器的直流侧平衡在控制时可能存在相互制约的现象，故根据功率裕量确定变换器进行直流侧电容平衡控制，而系统整体平衡因素为1，λ1，λ2为各自控制器的权重，根据控制器裕量设置。本发明设置λ1+λ2＝1可以克服T型三电平整流器与三相直流变换器的直流侧平衡在控制时存在的相互制约的问题。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种UPS系统，其包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行本发明UPS系统控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过MPC(模型预测控制)构造目标优化控制函数遍历各种开关状态下目标优化控制函数的代价值Q获取了各个时刻的最优开关变量，提升了UPS系统的工作效率和运行稳定性。本发明解决了多变换器组合系统协同控制复杂，控制优化困难等问题，提高了大功率UPS系统的工作效率和控制系统的稳定性，使大功率UPS系统能够更广泛地应用于各种工业应用场合。
附图说明
图1为大功率UPS的整体结构图；
图2(a)～图2(d)为大功率UPS四种工作模式示意图；其中，图2(a)为旁路供电模式；图2(b)为UPS供电模式；图2(c)为蓄电池供电模式；图2(d)为蓄电池馈电模式；
图3(a)～图3(c)为本发明的T型三电平变换器A相开关模态示意图；其中，图3(a)中Sa1＝1，Sa2＝1，输出P；图3(b)中Sa3＝1，Sa4＝1，输出n；图3(c)中Sa2＝1，Sa2＝1，输出O；
图4为本发明T型三电平27中开关状态向量示意图；
图5(a)～图5(h)为本发明双向直流变换器8种开关模态示意图；其中，图5(a)为蓄电池对C2馈电；图5(b)为蓄电池对C1馈电；图5(c)为蓄电池对电感L馈电；图5(d)为蓄电池对电容C1、C2馈电；图5(e)为C1对蓄电池充电；图5(f)为C2对蓄电池充电；图5(g)为电感L对蓄电池放电；图5(h)为C1、C2对蓄电池充电；
图6为本发明的大功率UPS模型预测控制示意图；
图7(a)～图7(d)为利用本发明所控制方法进行的UPS仿真结果图；图7(a)为直流侧电容仿真图；图7(b)为系统输出功率指令图；图7(c)、在模态切换时的电流波形图，图7(d)为系统在模态切换时的电压波形图。
具体实施方式
参见图3，为本发明T型三电平输出模态，以A相为例分析，当Sa1＝1，Sa2＝1时，此时T型三电平输出记为P；当Sa3＝1，Sa4＝1，此时T型三电平输出记为N；当Sa2＝1，Sa3＝1，此时T型三电平输出记为O(其中1为开关管闭合，未提及表示开关管断开)。
由于电网是一个三相系统，每一相均有三种输出模态(P，N，0)，三相组合共有可能出现的33＝27种可能的开关组合向量(例如NPN、0P0、N0N等)。图4为T型三电平变换器图5为双向直流变换器可能存在的8种模态，分为充电和馈能两种工作模式。
馈电模式：当T2＝1时，蓄电池给直流侧稳压电容C2充电，当T3＝1时；蓄电池给直流侧稳压电容C1充电；当T2＝T3＝1时，此时蓄电池给储能电感充电。当开关管均断开时，储能电池给两个稳压电容充电。
充电模式：当T1＝1时，稳压电容C1给蓄电池充电；当T4＝1时，稳压电容C2给蓄电池充电；当开关管均断开时，此时蓄电池给储能电感充电；当T1＝T4＝1，此时稳压电容C1，C2共同为蓄电池供电。
UPS系统各个变换器的电气状态量预测值计算方法如下：通过电气状态量预测计算，可以根据现有k时刻的状态量，结合电气开关量状态可预测k+1时刻电气状态量，进而根据优化函数确定最优的开关量。
本发明的各优化函数计算公式、电气状态预测量计算公式中，均不考虑各参数的量纲，代入计算时，只考虑各参数的值，其中电压值对应的量纲为V，电流值对应的量纲为A。
整流器输出交流电流预测值ig(k+1)：
Figure BDA0003382958870000061
其中u(k)为整流器输出交流电压，Ls为UPS整流器输出滤波电感值，Ts为采样间隔时间，RS是系统输出线路电阻，ig(k)是k采样时刻的网侧电流，ug(k)为k采样时刻电网电压。
整流器输出交流电压参考值ur_ref(k)：
Figure BDA0003382958870000071
其中ur_ref(k)为k采样时刻交流侧输出指令电压，irg_ref(k)是k采样时刻的网侧电流指令值。
逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k)：
ui_ref(k)＝un(k)；
其中un(k)为负载额定电压在k时刻的采样值。
交流电压预测值u(k+1)的计算：
Figure BDA0003382958870000072
其中ω为系统角频率。
直流侧稳压电容预测值Ucn(k+1)：
Figure BDA0003382958870000073
其中Ucn(k+1)为k+1采样时刻Cn(n＝1，2)的电容电压值，Ucn(k)为k采样时刻Cn(n＝1，2)的电容电压值，icn(k)为k采样时刻流过Cn(n＝1，2)的电容电流值。
三电平双向直流变换器电感电流预测值iL(k+1)：
Figure BDA0003382958870000074
其中UES为储能电池电压，L为三电平双向直流变换器电感值，T1-T4为开关管输出状态(1为开关管闭合，0为开关管断开)，Uc1(k)为k采样时刻C1的电容电压值，Uc2(k)为k采样时刻C2的电容电压值。iL(k)为k时刻三电平双向直流变换器电感电流值。
参见图6为基于MPC的大功率UPS系统的协调控制流程图：
当UPS工作于UPS供电模式时，首先检测蓄电池的SOC状态。
1)当蓄电池SOC>0.8时，此时三电平双向直流变换器工作于闭锁状态，蓄电池旁路于系统。负载由整流器和逆变器共同供电，构造优化函数如下(整流器进行电容电压平衡控制)；若满足优化函数Q最小，则既能保证直流侧上下电容C1,C2的平衡，又能实现控制指令的精准跟踪。
J1＝|urα_ref(k+1)-urα(k+1)|+|urβ_ref(k+1)-urβ(k+1)|+λ1|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
J2＝|uiα_ref(k+1)-uiα(k+1)|+|uiβ_ref(k+1)-uiβ(k+1)|；
Q＝J1+J2；
上式中，J1，J2，Q分别为整流器优化代价函数，逆变器目标优化量，系统目标优化量。其中urα(k+1)为k+1采样时刻整流器输出交流电压在α轴的投影，urα_ref为整流侧输出交流电压指令值在α轴的投影。其中urβ(k+1)为k+1采样时刻整流器输出交流电压在β轴的投影，urβ_ref为整流器输出交流电压指令值在β轴的投影。Uc1(k+1)，Uc2(k+1)分别表示k+1采样时刻直流电容C1，C2的直流电压，uiα(k+1)为k+1采样时刻逆变器输出交流电压在α轴的投影，uiα(k+1)为k+1采样时刻逆变器输出交流电压在α轴的投影，uiα_ref为逆变器输出交流电压指令值在α轴的投影。其中uiβ(k+1)为k+1采样时刻逆变器输出交流电压在β轴的投影，uiβ_ref为逆变器输出交流电压指令值在β轴的投影。λ为权重系数，它的取值决定了所控制变量在全局优化中的优先级(λ1为整流器控制权重，λ2为直流变换器控制权重)。
其中α轴，β轴分别为两相坐标轴的两个坐标轴，三相交流电压由静止坐标abc轴向量变换到垂直的两相坐标轴的表达式如下：
Figure BDA0003382958870000081
控制器需要在一个采样周期内遍历寻优整流器与逆变器开关状态m＝(27)2次，选取形成代价函数Q最小的开关数字信号Sop。
2)当蓄电池SOC<0.8时，此时三电平双向直流变换器工作于充电模式，蓄电池充电。整流器给负载和蓄电池供电，构造优化函数如下(整流器进行电容电压平衡控制)：若满足优化函数优化函数Q最小，则既能保证直流侧上下电容C1，C2的平衡，又能实现控制UPS输出指令、蓄电池输出电流指令的精准跟踪。
J1＝|urα_ref(k+1)-urα(k+1)|+|urβ_ref(k+1)-urβ(k+1)|+λ1|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
J2＝|uiα_ref(k+1)-uiα(k+1)|+|uiβ_ref(k+1)-uiβ(k+1)|；
J3＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|；
Q＝J1+J2+J3；
其中iL_ref为三电平双向直流变换器电感电流值。Udc_ref为直流侧电压指令值，Udc(k+1)为直流侧电容电压在k+1时刻的值，计算方法为Uc1(k+1)+Uc2(k+1)。
此时三电平双向直流变换器存在两种工作模态S2＝1，[S2，S3]＝1，控制器需要在一个采样周期内遍历寻优整流器、逆变器和直流变换器开关状态m＝2*(27)2次，选取形成代价函数Q最小的开关数字信号Sop。
当UPS工作于蓄电池供电模式时，首先检测蓄电池的SOC状态。
若SOC<0.2，此时UPS工作于闭锁状态；
若0.2<SOC，此时蓄电池进入独立供电模态，由蓄电池通过直流变换器和逆变器向负荷供电，构造优化函数如下：若满足优化函数优化函数Q最小(Q最小时对应的值为Qon)，则能实现控制UPS输出指令的精准跟踪。
J2＝|uiα_ref(k+1)-uiα(k+1)|+|uiβ_ref(k+1)-uiβ(k+1)|；
J4＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|+λ2|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
Q＝J2+J4；
此时三电平双向直流变换器由于需要控制直流侧电压稳定、电容C1\C2的平衡。电压的存在8种工作模态S1＝1，S2＝1，S3＝1，S4＝1，[S1，S4]＝1，[S2，S3]＝1，0(+,-)
控制器需要在一个采样周期内遍历寻优逆变器和直流变换器开关状态m＝8*27次，选取形成代价函数Q最小的开关数字信号Sop。
当UPS工作于蓄电池馈电模式时，首先检测蓄电池的SOC状态。
若SOC<0.2，此时UPS工作于闭锁状态。
若0.2<SOC，此时蓄电池进入独立供电模态，由蓄电池通过直流变换器和整流器(工作于逆变模式)向电网馈电，构造优化函数如下：若满足优化函数优化函数Q最小，则能实现控制UPS馈电指令的精准跟踪。
J1＝|urα_ref(k+1)-urα(k+1)|+|urβ_ref(k+1)-urβ(k+1)|；
J4＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|+λ2|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|
Q＝J2+J4；
此时三电平双向直流变换器由于需要控制直流侧电压稳定、电容C1\C2的平衡。电压的存在8种工作模态S1＝1，S2＝1，S3＝1，S4＝1，[S1，S4]＝1，[S2，S3]＝1，0(+,-)。
0(+,-)：表示变换器输出为0，+表示电池通过电感L正向充电为电感L储能，-表示电池通过电感L反向充电为电感L储能。
控制器需要在一个采样周期内遍历寻优逆变器和直流变换器开关状态m＝8*27次，选取形成代价函数Q最小的开关数字信号Qop。
通过PSim仿真验证本发明所提控制方法的有效性和先进性。
图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)为利用本发明所提拓扑和控制方法进行的UPS仿真，整体系统容量为200KVA。其中图7(a)为直流侧电容仿真图，其中udc1,udc2分别表示三电平上下直流侧电容电压，可见通过本发明电压均衡控制；系统在10ms内快速实现了上下电容均压，图7(b)为系统输出功率指令图，其中功率指令输出为100kw，可见通过本发明系统控制，输出功率可在20ms(一个电网周期内)快速跟踪指令，且误差<1％；附图7(c)、图7(d)为系统在模态切换时的电流电压图，可见当系统由并网模态切换至孤岛模态，系统电流，电压快速响应，均在10ms内完成输出调节，可见本发明装置响应迅速，可快速实现UPS功能。

Claims (5)

1.一种UPS系统电气状态量预测方法，其特征在于，包括：
UPS系统T型三电平整流器输出交流电流预测值ig(k+1)的计算公式为：
Figure FDA0003382958860000011
UPS系统T型三电平整流器输出交流电压参考值ur_ref(k)的计算公式为：
Figure FDA0003382958860000012
UPS系统T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k)的计算公式为：
ui_ref(k)＝un(k)；
UPS系统交流电压预测值u(k+1)的计算公式为：
Figure FDA0003382958860000013
UPS系统直流侧稳压电容预测值Ucn(k+1)的计算公式为：
Figure FDA0003382958860000014
UPS系统三电平三相直流变换器电感电流预测值iL(k+1)的计算公式为：
Figure FDA0003382958860000015
其中，u(k)为T型三电平整流器输出交流电压，Ls为T型三电平整流器输出滤波电感值，Ts为采样间隔时间，RS是UPS系统输出线路电阻，ig(k)是k采样时刻的网侧电流，ug(k)为k采样时刻电网电压；ur_ref(k)为k采样时刻T型三电平整流器交流侧输出指令电压，irg_ref(k)是k采样时刻的网侧电流指令值；un(k)为负载额定电压在k采样时刻的采样值；ω为电网角频率；Ucn(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器直流侧电容Cn的电压值，Ucn(k)为k采样时刻Cn的电压值，icn(k)为k采样时刻流过Cn的电流值；UES为储能电池电压，L为UPS系统三电平三相直流变换器电感值，T1～T4为三电平三相直流变换器开关管输出状态，iL(k)为k时刻三电平双向直流变换器电感电流值；n＝1，2；||表示逻辑或运算。
2.一种UPS系统电气状态量预测系统，其特征在于，包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求1所述方法的步骤。
3.一种UPS系统控制方法，其特征在于，包括：
当UPS系统工作于UPS供电模式时，若蓄电池SOC≥0.8，则构造优化函数Q＝J1+J2；
当UPS系统工作于UPS供电模式时，若蓄电池SOC<0.8，则构造优化函数Q＝J1+J2+J3；
当UPS系统工作于蓄电池供电模式时，或者UPS系统工作于蓄电池馈电模式时，若蓄电池SOC＞0.2，则构造优化函数Q＝J2+J4；
其中，
J1＝|urα_ref(k+1)-urα(k+1)|+|urβ_ref(k+1)-urβ(k+1)|+λ1|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
J2＝|uiα_ref(k+1)-uiα(k+1)|+|uiβ_ref(k+1)-uiβ(k+1)|；
J3＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|；
J4＝|Udc_ref-Udc(k+1)|+|iL_ref-iL(k+1)|+λ2|Uc1(k+1)-Uc2(k+1)|；
urα(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器输出交流电压ur(k+1)在α轴的投影，urα_ref(k+1)为T型三电平整流器输出交流电压参考值ur_ref(k+1)在α轴的投影；urβ(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器输出交流电压ur(k+1)在β轴的投影，urβ_ref(k+1)为k+1采样时刻T型三电平整流器输出交流电压参考值ur_ref(k+1)在β轴的投影；Uc1(k+1)，Uc2(k+1)分别表示k+1采样时刻T型三电平整流器直流侧电容C1，C2的电压值，uiα(k+1)为k+1采样时刻T型三电平逆变器输出交流电压ui(k+1)在α轴的投影，uiα_ref(k+1)为k+1采样时刻T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k+1)在α轴的投影，uiβ(k+1)为k+1采样时刻T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k+1)在β轴的投影，uiβ_ref(k+1)为T型三电平逆变器输出交流电压参考值ui_ref(k+1)在β轴的投影，λ1为T型三电平整流器控制权重，λ2为三电平三相直流变换器控制权重；iL_ref为T型三电平三相直流变换器电感电流值；Udc_ref为T型三电平整流器直流侧电压指令值，Udc(k+1)为直流侧电容电压在k+1时刻的值；
选取优化函数最小时的信号，对应控制T型三电平整流器、T型三电平逆变器、三电平三相直流变换器开关管的通断；
其中，ur_ref(k+1)、ui_ref(k+1)根据权利要求1所述预测方法计算得到，或者，采用权利要求2所述系统计算ur_ref(k+1)、ui_ref(k+1)。
4.根据权利要求3所述的UPS系统控制方法，其特征在于，λ1+λ2＝1。
5.一种UPS系统，其特征在于，包括计算机设备；所述计算机设备被配置或编程为用于执行权利要求3或4所述方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102738885A (zh) * 2012-07-10 2012-10-17 上海市电力公司 一种蓄电池储能和光伏发电混合系统
CN104753140A (zh) * 2015-04-07 2015-07-01 佛山市柏克新能科技股份有限公司 一种双t型三电平在线式ups电源
CN106059361B (zh) * 2016-06-16 2019-02-05 苏州大学 一种逆变器定频模型预测控制方法及装置
EP3806311B1 (en) * 2019-10-11 2023-01-25 ABB Schweiz AG Model predictive pulse pattern control based on small-signal pulse pattern optimization
CN112186791B (zh) * 2020-09-28 2022-04-01 上海海事大学 储能变换器有限控制集模型预测控制方法
CN112787529A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 山东建筑大学 一种t型三电平变换器直接电流预测控制方法及系统
CN114372605A (zh) * 2021-11-30 2022-04-19 广东志成冠军集团有限公司 Ups系统电气状态量预测方法、控制方法、系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023098027A1 (zh) * 2021-11-30 2023-06-08 广东志成冠军集团有限公司 不间断电源系统电气状态量预测方法、控制方法、系统

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