一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模型預(yù)測計算領(lǐng)域，特別是涉及一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算方法。本 發(fā)明還涉及一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球工業(yè)化的進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對于能源的需求量逐漸增大，對 新型可再生能源的開發(fā)也越來越重視。逆變器作為可再生能源發(fā)電（如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā) 電、燃料電池發(fā)電等）與電網(wǎng)連接的橋梁，是分布式發(fā)電系統(tǒng)的核心，其性能直接影響整個 分布式發(fā)電系統(tǒng)。目前，三電平三相逆變器因其優(yōu)越的性能被越來越多的應(yīng)用到分布式發(fā) 電系統(tǒng)。
[0003] 三電平三相并網(wǎng)逆變器多采用無差拍電流控制，該控制方法能夠在下一個采樣周 期實(shí)現(xiàn)對給定電流的跟蹤，使逆變器具有很好的動態(tài)性能。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，三電平三相并網(wǎng)逆變器采用無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型預(yù)測控制方法 來對逆變器下一周期所使用的開關(guān)狀態(tài)（或電壓矢量）進(jìn)行預(yù)測，該方法能夠利用逆變器 的離散化特點(diǎn)，充分考慮到了逆變器的有限種開關(guān)狀態(tài)（逆變器具有特定種類的開關(guān)組 合）。無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型預(yù)測控制方法利用一個預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)（Cost Funct ion)對每一種行為（開關(guān)組合或電壓矢量）的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行在線評估，選擇能使預(yù)測控制 目標(biāo)函數(shù)最小的電壓矢量來實(shí)現(xiàn)對逆變器的控制。無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型預(yù)測控制方法 一般針對開關(guān)狀態(tài)不多的場合（如三相二電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)為23= 8種，二電平三相 四橋臂逆變器的開關(guān)狀態(tài)為24= 16種），在每一個開關(guān)周期根據(jù)無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型 對每一個開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行在線計算和評估。將無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型預(yù)測控制方法應(yīng)用于 多電平多相逆變器（如三電平三相四橋臂逆變器，其開關(guān)狀態(tài)為34= 81種；四電平三相逆 變器，其開關(guān)狀態(tài)為43= 64種）時，由于需要在每一個開關(guān)周期，均根據(jù)無差拍有限開關(guān) 狀態(tài)模型對每一種開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行在線計算，計算量相當(dāng)大。
[0005] 因此，如何提供一種既能保證精度、又能減少無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型以及預(yù)測 控制目標(biāo)函數(shù)的計算量的有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算方法及系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要 解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算方法，不需要對逆變器的電壓空 間矢量中的全部扇區(qū)內(nèi)的全部電壓矢量進(jìn)行計算，僅需要對預(yù)設(shè)參考電壓所處的扇區(qū)內(nèi)的 電壓矢量進(jìn)行計算，在保證精度的基礎(chǔ)上大大減小無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型以及預(yù)測控制 目標(biāo)函數(shù)的計算量；本發(fā)明的另一目的是提供一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算系統(tǒng)。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算方法，用于多電 平三相逆變器，包括：
[0008] 測量當(dāng)前周期內(nèi)的所述逆變器各相的輸出電壓、與所述逆變器相連的三相電網(wǎng)電 壓、所述逆變器各相對應(yīng)的輸出電流以及正母線電容電壓vp和負(fù)母線電容電壓vn;
[0009] 將所述輸出電壓、所述三相電網(wǎng)電壓以及所述輸出電流帶入無差拍有限開關(guān)狀態(tài) 模型中，得到所述逆變器的輸出參考電壓u'GO和u%? ;
[0010] 根據(jù)所述輸出參考電壓u'Jk)和u'Jk)得到預(yù)設(shè)參考電壓在所述逆變器的電 壓空間矢量中的空間位置；
[0011] 確定所述空間位置位于所述電壓空間矢量中的扇區(qū)；
[0012] 確定位于所述扇區(qū)內(nèi)的Μ個電壓矢量；
[0013] 根據(jù)Μ個所述電壓矢量、所述正母線電容電壓Vp和所述負(fù)母線電容電壓V η以及所 述無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型得到Μ個預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)值，確定Μ個所述預(yù)測控制目標(biāo)函 數(shù)值中最小的預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)值，并將所述最小的預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)值對應(yīng)的所述電壓 矢量作為下一周期的電壓矢量。
[0014] 優(yōu)選地，所述確定所述空間位置位于所述電壓空間矢量中的扇區(qū)之前還包括：
[0015] 將所述電壓空間矢量平均分為6個扇區(qū)。
[0016] 優(yōu)選地，所述確定所述空間位置位于所述電壓空間矢量中的扇區(qū)之前還包括：
[0017] 將所述電壓空間矢量平均分為24個扇區(qū)。
[0018] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述逆變器的輸出參考電壓u'Jk)和u'Jk)得到預(yù)設(shè)參考電 壓在所述逆變器的電壓空間矢量中的空間位置的過程具體為：
[0019] 將所述逆變器的輸出參考電壓u'Jk)和u'Jk)帶入預(yù)設(shè)參考電壓關(guān)系式，得到 所述預(yù)設(shè)參考電壓；
[0020] 根據(jù)所述預(yù)設(shè)參考電壓得到所述預(yù)設(shè)參考電壓在所述電壓空間矢量中的角度 值；
[0021] 根據(jù)所述角度值得到所述預(yù)設(shè)參考電壓在所述電壓空間矢量中的空間位置；
[0022] 其中，所述預(yù)設(shè)參考電壓關(guān)系式為：
[0024] 所述預(yù)設(shè)參考電壓在所述電壓空間矢量中的角度值為：
[0026] 優(yōu)選地，所述無差拍有限開關(guān)狀態(tài)模型的獲取過程為：
[0027] 根據(jù)輸出電壓ua。、ub。、uc。，三相電網(wǎng)電壓e a、eb、ec，以及輸出電流ia、ib、i c得到所 述逆變器的輸出電流在α β坐標(biāo)系下的第一動態(tài)電壓方程，所述第一動態(tài)電壓方程為：
[0029] 其中，L為所述逆變器與三相電網(wǎng)之間的濾波電感，R為所述逆變器與所述三相電 網(wǎng)之間的總電阻，ia和i e為所述逆變器的輸出電流在所述α β坐標(biāo)系下的α、β分量， ea和e e為所述逆變器的三相電網(wǎng)電壓在所述α β坐標(biāo)系下的a、β分量，u aJP u ^為 所述逆變器的輸出電壓在所述α β坐標(biāo)系下的a、β分量；
[0030] 以!；作為采樣周期，將所述第一動態(tài)電壓方程離散化，得到離散動態(tài)電壓方程，其 中所述離散動態(tài)電壓方程為：
[0032] 依據(jù)所述離散動態(tài)電壓方程得到k+Ι時刻的預(yù)測電流關(guān)系式，其中，所述預(yù)測電 流關(guān)系式為：
[0034] 依據(jù)所述預(yù)測電流關(guān)系式以及無差拍關(guān)系式得到所述逆變器的輸出參考電壓關(guān) 系式，其中，所述無差拍關(guān)系式為：
[0036] 和$(女+ 1)為k+Ι時亥IJ所述逆變器的參考電流，根據(jù)k時亥IJ、k-Ι時亥IJ和 k_2時刻的參考電流以及線性插值關(guān)系式得到k+Ι時刻的所述參考電流，其中，所述線性插 值關(guān)系式為：
[0038] 所述輸出參考電壓關(guān)系式為：
[0040] 根據(jù)所述逆變器的開關(guān)狀態(tài)、CLARKE變換矩陣T3/2以及所述逆變器的直流母線電 SVd。得到所述逆變器在所述α β坐標(biāo)系下的輸出電壓關(guān)系式，其中，所述輸出電壓關(guān)系式 為：
[0042] 以!；作為采樣周期，分別對所述逆變器的正母線電容電壓關(guān)系式以及負(fù)母線電容 電壓關(guān)系式進(jìn)行離散化，分別得到離散正母線電容電壓關(guān)系式以及離散負(fù)母線電容電壓關(guān) 系式，其中：
[0043] 所述正母線電容電壓關(guān)系式為：
[0045] 所述負(fù)母線電容電壓關(guān)系式為：
[0047] 所述離散正母線電容電壓關(guān)系式為：
[0049] 所述離散負(fù)母線電容電壓關(guān)系式為：
[0051] 其中，C為所述逆變器的直流母線電容，Uk)為直流母線的中性點(diǎn)電流，Uk)根 據(jù)所述逆變器的開關(guān)狀態(tài)以及中性點(diǎn)電流關(guān)系式得到，其中，所述中性點(diǎn)電流關(guān)系式為：
[0053] 根據(jù)輸出參考電壓〇)和u%?、輸出電壓uac^Pu ρ正母線電容電壓 Vp(k+1)、負(fù)母線電容電SVn(k+l)以及預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)關(guān)系式得到預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù) 值，其中，所述預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)關(guān)系式為：
[0055] 其中，λ v為所述直流母線的中性點(diǎn)電壓平衡的權(quán)重系數(shù)。
[0056] 優(yōu)選地，所述根據(jù)輸出電壓ua。、ub。、u。。，三相電網(wǎng)電壓e a、eb、e。，以及輸出電流ia、 ib、i。得到所述逆變器的輸出電流在α β坐標(biāo)系下的第一動態(tài)電壓方程的過程具體為：
[0057] 根據(jù)輸出電壓ua。、ub。、uc。，三相電網(wǎng)電壓e a、eb、ec，以及輸出電流ia、ib、i c得到所 述逆變器的輸出電流在abc坐標(biāo)系下的第二動態(tài)電壓方程，其中，所述第二動態(tài)電壓方程 為：
[0059] 其中，Ucin為所述直流母線的中性點(diǎn)〇與三相電網(wǎng)電壓的中性點(diǎn)η之間的電壓；
[0060] 當(dāng)所述三相電網(wǎng)的三相電網(wǎng)電壓平衡時，根據(jù)平衡電壓關(guān)系式以及所述逆變器的 輸出總電流關(guān)系式得到的關(guān)系式，其中，所述平衡電壓關(guān)系式為：
[0061] ea+eb+ec= 0
[0062] 所述逆變器的輸出總電流關(guān)系式為：
[0063] ia+ib+ic= 〇
[0064] 所述uOT的關(guān)系式為：
[0065] uon = - (u ao+ubo+uco) /3
[0066] 根據(jù)所述Ucin的關(guān)系式得到所述第二動態(tài)電壓方程的矩陣關(guān)系式，其中，所述第二 動態(tài)電壓方程的矩陣關(guān)系式為：
[0068] 根據(jù)所述第二動態(tài)電壓方程的矩陣關(guān)系式、所述CLARKE變換矩陣T3/2以及所述 CLARKE變換矩陣的反變換矩陣Τ2/3得到所述逆變器的輸出電流在所述α β坐標(biāo)系下的所 述第一動態(tài)電壓方程；
[0069] 其中，所述CLARKE變換矩陣Τ3/2為：
[0071] 所述CLARKE變換矩陣的反變換矩陣Τ2/3為：
[0073] 優(yōu)選地，所述逆變器的開關(guān)狀態(tài)為：
[0074] Sae {-1，〇, 1}，s be {-1，〇, 1}，s ce {-1，〇, 1};
[0075] 其中，-1表示所述逆變器該相的電壓輸出端與所述逆變器的直流母線的電壓負(fù)極 相連，0表示所述逆變器該相的電壓輸出端與所述直流母線的中性點(diǎn)相連，1表示所述逆變 器該相的電壓輸出端與所述逆變器的直流母線的電壓正極相連。
[0076] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種有限開關(guān)狀態(tài)預(yù)測計算系統(tǒng)，用于多 電平三相逆變器，包括：
[0077] 測量單元，用于測量當(dāng)前周期內(nèi)的所述逆變器各相的輸出電壓、與所述逆變器相 連的三相電網(wǎng)電壓、所述逆變器各相對應(yīng)的輸出電流以及正母線電容電壓