本發(fā)明涉及新能源變換技術領域，特別是一種含延時補償?shù)挠邢藜Ｐ皖A測電壓控制方法。

背景技術：

能源問題一直是全球共同面臨的熱點問題，近年來，可再生能源越來越受到人們的關注，各種新型能源如風能、太陽能、生物能在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用與推廣。逆變部分是新能源發(fā)電系統(tǒng)與負載和電網(wǎng)連接的橋梁，是系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。隨著新能源技術的發(fā)展，對逆變器輸出的電能質量提出了更高的要求，也對逆變器的控制也提出了新的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的逆變控制方法有滯環(huán)控制、雙環(huán)控制、模糊控制等，近年來，有限集模型預測控制(Finite Control SetModel Predictive Control,FCS-MPC)在電力電子變換器上的應用為逆變器控制研究提供了新的思路。國內外學者已經(jīng)取得了一定的研究成果，如在代價函數(shù)中增加約束條件實現(xiàn)多目標控制；考慮計算時間的問題，提出了更為計算量較小的更為快速的預測控制方法等。目前國內外的研究更多的集中在對逆變器輸出電流的控制，而對輸出電壓控制的研究相對較少，對于計算帶來的延時問題的關注也有所欠缺，在控制算法的完備性和精度的考量上還有值得進一步提高的地方。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含延時補償?shù)挠邢藜Ｐ皖A測電壓控制方法，以克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：一種含延時補償?shù)挠邢藜Ｐ皖A測電壓控制方法，包括如下步驟：

步驟S1：采集當前時刻t_k下，NPC逆變器負載側的電壓電流狀態(tài)，包括：當前時刻的負載側電壓v_l(k)、負載電流i_l(k)以及逆變器輸出電流i_o(k)；

步驟S2：應用之前t_k-2時刻通過預測計算出的當前時刻的開關狀態(tài)；

步驟S3：計算t_k+2時刻NPC逆變器負載側電壓的參考電壓

步驟S4：計算t_k+1時刻的負載側電壓v_l(k+1)；負載電流i_l(k+1)；逆變器輸出電流i_o(k+1)；

步驟S5：計算t_k+2時刻時負載電壓的預測值v_l(k+2)；

步驟S6：通過所述步驟S5對NPC逆變器預設的開關狀態(tài)對應的負載側電壓進行預測，并與所述步驟S3獲取的參考電壓進行比較，選取差值的絕對值最小的開關狀態(tài)作為t_k+2時刻的開關狀態(tài)；

步驟S7：保存當前時刻的采樣值，開始下一時刻的采樣循環(huán)。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S3中，參考電壓選取工頻正弦電壓，并記為：

式中:V_l^*為參考電壓幅值；θ(k)為參考電壓的矢量角；穩(wěn)態(tài)時，該矢量以角速度ω旋轉且幅值不變，則t_k+2時刻的參考電壓表示為：

其中，T_s為系統(tǒng)采樣時間。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S4中，由逆變系統(tǒng)模型得：

上式中：L_f為濾波電感；R_f為濾波電阻；C_f為濾波電容；v_l為負載側電壓；i_l為負載電流；v_o為逆變器輸出電壓；i_o為逆變器輸出電流；

經(jīng)整理得狀態(tài)空間方程：

上式中：

對上述狀態(tài)方程進行離散化得：

上式中：v_o(k)為當前時刻逆變器輸出電壓；T_s為系統(tǒng)采樣時間；i_l(k+1)由拉格朗日插值多項式求得：i_l(k+1)＝3i_l(k)-3i_l(k-1)+i_l(k-2)。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S5中，采用如下方式獲取所述預測值v_l(k+2)：

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S6中，通過代價函數(shù)進行判斷。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明針對FCS-MPC存在的計算延時問題，以逆變負載側電壓為控制目標，提出一種含有延時補償?shù)挠邢藜Ｐ皖A測電壓控制(Finite Control Set Model Predictive Voltage Control,FCS-MPVC)，并將其應用在三相三電平NPC逆變器中，具有較好的控制效果，魯棒性和可靠性更佳。對傳統(tǒng)算法存在的計算延時問題進行延時補償，提高了控制算法的性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中一種含延時補償?shù)挠邢藜Ｐ皖A測電壓控制方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明一實施例中三相NPC逆變系統(tǒng)拓撲圖。

圖3為本發(fā)明一實施例中三相NPC逆變器開關狀態(tài)圖。

圖4為本發(fā)明一實施例中有無延時補償跟蹤比較示意圖。

圖5為本發(fā)明一實施例中輸出電壓跟蹤比較示意圖。

圖6為本發(fā)明一實施例中三相輸出負載電壓波形示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行具體說明。

本發(fā)明提供一種含延時補償?shù)挠邢藜Ｐ皖A測電壓控制方法，如圖1所示，包括以下步驟:

步驟S1：采集當前時刻t_k下，系統(tǒng)的電壓電流狀態(tài)，其中包括：當前時刻的負載側電壓v_l(k)；負載電流i_l(k)；逆變器輸出電流i_o(k)；

步驟S2：應用之前t_k-2采樣時刻預測計算出的當前時刻的開關狀態(tài)；

步驟S3：計算t_k+2時刻負載電壓的參考值；

進一步的，在本實施例中，參考電壓選取工頻正弦電壓，可以表示為：

式中:V_l^*為參考電壓幅值；θ(k)為參考電壓的矢量角。穩(wěn)態(tài)時，該矢量以角速度ω旋轉且幅值不變，則t_k+2時刻的參考電壓可表示為：

步驟S4：根據(jù)已有數(shù)據(jù)計算t_k+1時刻時，負載側電壓v_l(k+1)；負載電流i_l(k+1)；逆變器輸出電流i_o(k+1)；

進一步的，在本實施例中，如圖2所示，由逆變系統(tǒng)模型可以推得：

上式中：L_f為濾波電感；R_f為濾波電阻；C_f為濾波電容；v_l為負載側電壓；i_l為負載電流；v_o為逆變器輸出電壓；i_o為逆變器輸出電流；

經(jīng)整理可得狀態(tài)空間方程：

式中：

對上述狀態(tài)方程進行離散化可得：

式中：v_o(k)為逆變器輸出電壓；T_s為系統(tǒng)采樣時間；i_l(k+1)由拉格朗日插值多項式求得：i_l(k+1)＝3i_l(k)-3i_l(k-1)+i_l(k-2)；

步驟S5：根據(jù)已有數(shù)據(jù)計算t_k+2時刻時負載電壓的預測值v_l(k+2)，即：

步驟S6：將NPC逆變器預設的開關狀態(tài)對應的輸出電壓代入步驟S5的公式進行預測，且在本實施例中，如圖3所示，包括27中開關狀態(tài)；并與參考電壓進行比較，選取差值的絕對值最小的開關狀態(tài)作為t_k+2時刻的開關狀態(tài)，即取使代價函數(shù)的最優(yōu)開關狀態(tài)；

步驟S7：保存當前時刻的采樣值，開始下一采樣時刻的循環(huán)。在本實施例中，保存i_l(k-1)、i_l(k-2)。

進一步的，如圖2所示，為所采用的逆變系統(tǒng)的拓撲圖。圖4從理論上分析了有無延時補償情況下的電壓跟蹤情況，從圖中可以看出，由于存在計算延時，會對電壓跟蹤精度造成影響。圖5為有無延時補償情況下輸出電壓的跟蹤比較。圖6為通過采用本發(fā)明提出的方法所產生的負載電壓波形。從圖5以及圖6中可以看出采用本發(fā)明提出的技術方案具有較高的精度與可靠性。

以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發(fā)明技術方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。