CN114597955A - 基于快速模型预测控制的三相lcl并网npc逆变*** - Google Patents
基于快速模型预测控制的三相lcl并网npc逆变*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，包括：快速模型预测控制器通过选择NPC逆变器当前输出电压矢量和其附近的若干个电压矢量所组成的计算扇区，对NPC逆变器进行快速控制；通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL滤波并网电流与电网同步；所述计算扇区为在电压矢量的复平面上参与预测控制计算的输出电压矢量组成的子区。本发明提出的方案通过在冗余短矢量中选择合适的短矢量，实现直流侧中点电压平衡，减少计算量和避免设计权重系数；通过缩小计算扇区，进一步减少计算量，达到快速计算出最优输出电压矢量、快速控制的目的。
Description
技术领域
本发明属于三相LCL并网NPC逆变器控制领域，尤其涉及一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***。
背景技术
随着政策的推进，新能源发电得到大力发展，NPC逆变器因其输出电压电流谐波小，开关器件承受的电压及开关损耗减半等优势广泛应用于大功率的中低压变换器领域。逆变器通过滤波器与电网相连，在对THD 值同等要求下，LCL型滤波器相比其他类型逆变器具有体积、成本更小的优势，因此得到广泛使用。近年来随着微型处理器的算力不断提升，一些较为复杂的控制方法得以实现，包括模糊控制、模型预测控制、自适应控制、滑模控制、神经网络控制等。
模型预测控制中的有限集模型预测控制由于原理简单、易于理解、又无需过于复杂的参数设计及良好的控制性能等优势受到国内外学者的广泛关注。然而传统FCS-MPC控制需要遍历所有开关状态，这将产生较高的运算负担，对***控制产生较大延时,针对这个问题,现有研究提出了许多优化算法，包括：
T型三电平并网逆变器有限集模型预测控制快速寻优方法提出关于T 型三电平并网逆变器的FCS-MPC快速寻优方法，通过判断参考电流在其细分的24个扇区内，使每个控制周期的预测次数减小至3次，但是该方法不仅需要确定参考电流的幅值还需要判断电角度，这给计算增添了新的负担。
三相LCL并网逆变器自适应模型预测控制策略提出三相LCL并网逆变器自适应模型预测控制策略解决了LCL滤波并网逆变器的进网电流相位矫正，但该方法过于复杂且需要遍寻所有逆变器输出电压矢量，没有对 FCS-MPC计算量大的问题提出优化。
基于单一矢量的两电平逆变器快速模型预测控制提出两电平的改进方法，根据参考电流空间位置直接选取最优矢量的快速模型预测控制算法，虽然该方法预测次数为1，但该方法仅适用于两电平逆变器，当直流侧阶数增大后则无法达到同样的效果。
三相并网逆变器事件触发有限集模型预测控制提出的事件触发 FCS-MPC通过计算上一个最优输出矢量在下一时刻下的代价函数仍小于一定值时，则在下一时刻继续使用，以减少计算量。当不满足上述条件时，计算所有输出矢量下的代价函数得到最优输出矢量，因此该方法在这种情况下不仅没有起到减少计算量的效果，还增加了处理器的负担。
综合以上文献，现有技术尚存在以下不足：
1、现有的模型预测控制，额外传感器的加入，将引入更多需要处理的数据，会使得本就复杂的模型预测控制算法更加复杂，不利于减小延时；
2、现有的模型预测控制，相关权重系数设计复杂，权重系数设计的不合理，轻则影响其控制效果，重则将导致***紊乱；
3、现有的模型预测控制，针对三相LCL并网NPC逆变器改进不足，不能发挥三相LCL并网NPC逆变器的全部性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于快速模型预测控制的三相 LCL并网NPC逆变、电子设备及存储介质的技术方案，以解决上述技术问题。
本发明第一方面公开了一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网 NPC逆变***；所述***包括：
三相LCL并网NPC逆变器和快速模型预测控制器；
所述快速模型预测控制器通过选择三相LCL并网NPC逆变器当前输出电压矢量和其附近的若干个电压矢量所组成的计算扇区，对所述三相LCL 并网NPC逆变器进行快速控制；通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL 滤波并网电流与电网同步；所述计算扇区为在电压矢量的复平面上参与预测控制计算的输出电压矢量组成的子区。
根据本发明第一方面的***，所述快速模型预测控制器包括：
数据采集模块：获取三相LCL并网NPC逆变器的直流侧两个电容电压、三相LCL并网NPC逆变器的输出电流值和输出电流的电角度、并网电流、并网电流的电角度、电网电压值、电网电压的电角度、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号；
参考电流值计算模块：根据所述输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度，计算得到参考电流值；
三相LCL并网NPC逆变器数学模型：根据采集到的数据，建立三相 LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式；
输出电流的预测模型计算模块：根据所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式，得到逆变器输出电流的预测值数学模型；
计算扇区及其内的短矢量选择模块：根据所述直流侧两个电容电压、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号，选择计算扇区和其内的短矢量；
控制量计算和输出模块：根据所述参考电流值和逆变器输出电流的预测值数学模型，构建代价函数；应用所述代价函数和计算扇区及计算扇区其内的短矢量，通过对比代价函数在预测下一个采样周期不同输出电压矢量的值，选出最优的开关状态，实现对三相LCL并网NPC逆变器的控制。
根据本发明第一方面的***，所述根据所述输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度，计算得到参考电流值的具体公式包括：
其中，
θi、θc和θg分别为输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度；
Id和Iq为人为给定值；
所述通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL滤波并网电流与电网同步的具体方法包括：
计算出三相LCL并网NPC逆变器的输出电流与LCL滤波后电流的相位差，将所述相位差与所述电网电压的电角度相加，并带入参考电流值的计算公式。
根据本发明第一方面的***，所述输出电压矢量的计算公式为，
其中，
v为输出电压矢量；
vaN为三相LCL并网NPC逆变器的a相输出端与直流侧负端点的电压；
vbN为三相LCL并网NPC逆变器的b相输出端与直流侧负端点的电压；
vcN为为三相LCL并网NPC逆变器的c相输出端与直流侧负端点的电压；
公式中的a为
所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型的计算公式为，
其中，
vxc为a、b和c各相滤波电容电压；
vnN为电网中性点与直流侧负端点的电压；
ixo和ixg分别为三相LCL并网NPC逆变器的a、b和c各相输出电流和并网电流；
L1和L2为滤波电感；
R1和R2为滤波电感的等效电阻；
C为滤波电容；
L和R分别为输电线路等效电感和电阻；
ex为三相电网电压。
根据本发明第一方面的***，所述根据所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式，得到逆变器输出电流的预测值数学模型的具体方法包括：
将所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型的计算公式带入所述输出电压矢量的计算公式，再应用向前的欧拉近似将电流导数离散化，得到三相 LCL并网NPC逆变器的输出电流预测值数学模型：
其中，
io(k)为k时刻的输出电流值；
ig(k)为k时刻的并网电流值；
ig(k-1)为k-1时刻的并网电流值；
Ts为采样间隔；
根据本发明第一方面的***，所述根据所述直流侧两个电容电压、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号，选择计算扇区和其内的短矢量的方法包括：
运用直流侧两个电容电压uc1和uc2以及当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo和人为给定的预测值计算扇区选择变量，选择计算扇区和其内的短矢量。
根据本发明第一方面的***，所述运用直流侧两个电容电压uc1和uc2以及当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo和人为给定的预测值计算扇区选择变量，选择计算扇区和其内的短矢量的具体方法包括：
根据当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo作为初始位置，应用人为给定的预测值计算扇区选择变量中的增变量和减变量确定计算扇区的大小；
当uc1>uc2时，选择P组开关状态的短矢量对io(k+1)进行预测计算，当 uc1<uc2时，选择N组开关状态的短矢量对io(k+1)进行预测计算。
根据本发明第一方面的***，所述代价函数为：
其中，
g为代价函数；
应用所述代价函数和计算扇区和其内的短矢量，通过对比代价函数在预测下一个采样周期不同输出电压矢量的值，选出最优的开关状态的具体方法包括：
应用选择到的短矢量带入代价函数计算出诺干个代价函数值，再计算出最小的一个代价函数值，将其中的短矢量的开关状态作为最优开关状态。
本发明第二方面提供了一种电子设备，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如本发明第一方面所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网 NPC逆变***中的方法。
本发明第三方面提供了一种存储介质，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现如本发明第一方面所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***中的方法。
本发明提出的方案，通过改变快速模型预测控制中参考电流电角度控制逆变器输出电流的相位，实现入网电流与电网同步；通过在冗余短矢量中选择合适的短矢量，实现直流侧中点电压平衡，减少计算量和避免设计权重系数；通过缩小计算扇区，使快速模型预测控制仅在当前最优输出电压矢量附近进行寻优计算，进一步减少计算量，达到快速计算出最优输出电压矢量、快速控制的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为根据本发明实施例的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***的结构图；
图2为根据本发明实施例的三相LCL并网NPC逆变器拓扑图；
图3为根据本发明实施例的复平面上的电压矢量；
图4为根据本发明实施例的参考电流矢量图；
图5为根据本发明实施例的快速模型预测控制流程图；
图6为根据本发明实施例的入网电流波形；
图7为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
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，所描述的实施例只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做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。
本发明第一方面公开了一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网 NPC逆变***，图1为根据本发明实施例的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***的结构图，具体如图1所示，所述***包括：
三相LCL并网NPC逆变器和快速模型预测控制器；
所述快速模型预测控制器通过选择三相LCL并网NPC逆变器当前输出电压矢量和其附近的若干个电压矢量所组成的计算扇区，对所述三相LCL 并网NPC逆变器进行快速控制；通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL 滤波并网电流与电网同步；所述计算扇区为在电压矢量的复平面上参与预测控制计算的输出电压矢量组成的子区。
在一些实施例中，所述快速模型预测控制器包括：
数据采集模块：获取三相LCL并网NPC逆变器的直流侧两个电容电压、三相LCL并网NPC逆变器的输出电流值和输出电流的电角度、并网电流、并网电流的电角度、电网电压值、电网电压的电角度、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号；
参考电流值计算模块：根据所述输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度，计算得到参考电流值；
三相LCL并网NPC逆变器数学模型：根据采集到的数据，建立三相 LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式；
输出电流的预测模型计算模块：根据所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式，得到逆变器输出电流的预测值数学模型；
计算扇区及其内的短矢量选择模块：根据所述直流侧两个电容电压、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号，选择计算扇区和其内的短矢量；
控制量计算和输出模块：根据所述参考电流值和逆变器输出电流的预测值数学模型，构建代价函数；应用所述代价函数和计算扇区和其内的短矢量，通过对比代价函数在预测下一个采样周期不同输出电压矢量的值，选出最优的开关状态，实现对三相LCL并网NPC逆变器的控制。
在一些实施例中，所述根据所述输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度，计算得到参考电流值的具体公式包括：
其中，
θi、θc和θg分别为输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度；
Id和Iq为人为给定值；
LCL滤波并网逆变器的入网电流需要进行相位矫正以达到与电网同步，若是入网电流与电网电压不同步，将导致电网传输效率降低，电流与电压相位差越大，传输效率越低。快速模型预测控制算法通过改变逆变器输出电流的电角度来实现经LCL滤波器后的电流与电网同步。通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL滤波并网电流与电网同步，具体方法包括：
计算出三相LCL并网NPC逆变器的输出电流与LCL滤波后电流的相位差，将所述相位差与所述电网电压的电角度相加，并带入参考电流值的计算公式。
三相LCL并网NPC逆变器的拓扑电路如图2所示，L1和L2为滤波电感，R1和R2为滤波电感的等效电阻，C为滤波电容，L和R分别为输电线路等效电感和电阻，ea、eb、ec为三相电网电压。输出经LCL滤波器接入电网。三相LCL并网逆变器的三相各由四个开关、四个续流二极管和两个钳位二极管组成，其中中间两个中心开关和二极管允许输出端连接到直流电压源的中点电压。
三相LCL并网NPC逆变器的三相都有三种开关状态和vxN大小如表1 所示，其中1表示开关闭合，0表示开关断开，x＝{a,b,c}。
表1
| S<sub>x</sub> | S<sub>x1</sub> | S<sub>x2</sub> | S<sub>x3</sub> | S<sub>x4</sub> | v<sub>xN</sub> |
| + | 1 | 1 | 0 | 0 | VDC/2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| - | 0 | 0 | 1 | 1 | -VDC/2 |
对于NPC逆变器的三相，产生27个开关状态，产生19个不同的电压矢量，如图3所示。
在一些实施例中，所述输出电压矢量的计算公式为，
其中，
v为输出电压矢量；
vaN为三相LCL并网NPC逆变器的a相输出端与直流侧负端点的电压；
vbN为三相LCL并网NPC逆变器的b相输出端与直流侧负端点的电压；
vcN为为三相LCL并网NPC逆变器的c相输出端与直流侧负端点的电压；
公式中的a为
表示相间存在120°相移；
根据图2所示三相LCL并网逆变器电路中变量的定义，所述三相LCL 并网NPC逆变器数学模型的计算公式为，
其中，
vxc为a、b和c各相滤波电容电压；
vnN为电网中性点与直流侧负端点的电压；
ixo和ixg分别为三相LCL并网NPC逆变器的a、b和c各相输出电流和并网电流；
L1和L2为滤波电感；
R1和R2为滤波电感的等效电阻；
C为滤波电容；
L和R分别为输电线路等效电感和电阻；
ex为三相电网电压。
在一些实施例中，所述根据所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式，得到逆变器输出电流的预测值数学模型的具体方法包括：
将所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型的计算公式带入所述输出电压矢量的计算公式，得到，
其中最后一项
令：
则
再应用向前的欧拉近似将电流导数
和
离散化，如下，
得到，
由于ig的频率远小于采样频率，可假设它在一个采样间隔Ts内没有显著变化，因此，令
ig(k+1)-ig(k)＝ig(k)-ig(k-1)
则三相LCL并网NPC逆变器的输出电流预测值数学模型，即则预测 k+1时刻逆变器输出电流表达式如下：
其中，
io(k)为k时刻的输出电流值；
ig(k)为k时刻的并网电流值；
ig(k-1)为k-1时刻的并网电流值；
Ts为采样间隔。
对于稳定的交流电，其电角度的变化是稳定且可以预知的。由于交流电频率远小于采样频率，可假设它在一个采样间隔Ts内电角度没有明显变化。因此计算NPC逆变器在k+1时刻输出的最佳电压矢量时，可以只在k 时刻逆变器输出电压矢量周边的电压矢量计算，即图4中有剖面线的区域，且此区域可根据人为给定的预测值计算扇区选择变量，增变量up和减变量 down值调整大小。
在一些实施例中，所述根据所述直流侧两个电容电压、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号，选择计算扇区和其内的短矢量的方法包括：
运用直流侧两个电容电压uc1和uc2以及当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo和人为给定的预测值计算扇区选择变量，选择计算扇区和其内的短矢量。
NPC逆变器的27种开关状态所输出的19种电压矢量根据矢量的幅值大小可分为零矢量、短矢量、中矢量和长矢量。其中，每个短矢量都有两种不同的开关状态，这两种开关状态输出的线电压是相同的，但引起直流侧电容电压差变化是相反的，充分利用NPC逆变器所输出短电压矢量的性质，可以有效减少直流侧电容电压差和处理器计算量。各短矢量开关状态下直流侧电容电压变化如表2所示。
表2
所述运用直流侧两个电容电压uc1和uc2以及当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo和人为给定的预测值计算扇区选择变量，选择计算扇区和其内的短矢量的具体方法包括：
根据当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo作为初始位置，应用人为给定的预测值计算扇区选择变量中的增变量up和减变量down确定计算扇区的大小
当uc1>uc2时，选择P组开关状态的短矢量对io(k+1)进行预测计算，当 uc1<uc2时，选择N组开关状态的短矢量对io(k+1)进行预测计算；
在一些实施例中，所述代价函数为：
其中，
g为代价函数；
应用所述代价函数和计算扇区和其内的短矢量，通过对比代价函数在预测下一个采样周期不同输出电压矢量的值，选出最优的开关状态的具体方法包括：
应用选择到的短矢量带入代价函数计算出诺干个代价函数值，再计算出最小的一个代价函数值，将其中的短矢量的开关状态作为最优开关状态。
在一些实施例中，快速预测控制流程图如图5所示，首先测量两个电容电压uc1和uc2、逆变器输出电流值io和电角度θi、并网电流ig、电网电压值ug和电角度θg以及当前输出电压矢量v在电压矢量的复平面上的编号xo，根据测量的数据和给定的Id和Iq生成参考电流，以此使得逆变器输出电流经LCL滤波后与电网电压同步。初始化设置x和g值，x＝xo-down值是为限制其后的预测计算所在扇区，g＝∞是为保障未被计算的输出电压矢量不被应用。根据直流侧两个电容电压uc1和uc2合理选择计算扇区内的短矢量进行计算。通过预测电流计算公式计算前面选择的各输出电压矢量下的预测电流值，再经过代价函数计算出这些预测值与参考值的误差，(G，xo)＝min(g) 中G，xo分别为数组g中的最小值和其对应的逆变器输出电压矢量编号，由此选择误差最小的输出电压矢量作为输出，实现对三相LCL并网NPC逆变器的控制。
实施例
设置up值和down值分别为4和3时，图6是当时间为0.3s时，三相并网电流的参考值从200A突变为220A，从图6中可以看出，在参数电流值改变时，并网电流实际值能快速且准确跟踪并网电流参考值证明了所提出的方案有较为良好的动态性能。表3是在0.3s前后5个周期的三相入网电流THD值。
表3
| 200A | 220A | |
| A | 1.42％ | 1.95％ |
| B | 1.68％ | 2.31％ |
| C | 1.98％ | 2.51％ |
综上，本发明各个方面的技术方案与现有技术相比具有如下优点：通过改变快速模型预测控制中参考电流电角度控制逆变器输出电流的相位，实现入网电流与电网同步；通过在冗余短矢量中选择合适的短矢量，实现直流侧中点电压平衡，减少计算量和避免设计权重系数；通过缩小计算扇区，使快速模型预测控制仅在当前最优输出电压矢量附近进行寻优计算，进一步减少计算量，达到快速计算出最优输出电压矢量、快速控制的目的。
本发明第二方面公开了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变方法中的步骤。
图7为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图，如图7所示，电子设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本发明第三方面公开了一种存储介质，具体涉及计算机的可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变方法中的步骤中的步骤。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述***包括：三相LCL并网NPC逆变器和快速模型预测控制器；
所述快速模型预测控制器通过选择三相LCL并网NPC逆变器当前输出电压矢量和若干个电压矢量所组成的计算扇区，对所述三相LCL并网NPC逆变器进行快速控制；通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL滤波并网电流与电网同步；所述计算扇区为在电压矢量的复平面上参与预测控制计算的输出电压矢量组成的子区。
2.根据权利要求1所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述快速模型预测控制器包括：
数据采集模块：获取三相LCL并网NPC逆变器的直流侧两个电容电压、三相LCL并网NPC逆变器的输出电流值和输出电流的电角度、并网电流、并网电流的电角度、电网电压值、电网电压的电角度、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号；
参考电流值计算模块：根据所述输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度，计算得到参考电流值；
三相LCL并网NPC逆变器数学模型：根据采集到的数据，建立三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式；
输出电流的预测模型计算模块：根据所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式，得到逆变器输出电流的预测值数学模型；
计算扇区及其内的短矢量选择模块：根据所述直流侧两个电容电压、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号，选择计算扇区和其内的短矢量；
控制量计算和输出模块：根据所述参考电流值和逆变器输出电流的预测值数学模型，构建代价函数；应用所述代价函数和计算扇区及计算扇区内的短矢量，通过对比代价函数在预测下一个采样周期不同输出电压矢量的值，选出最优的开关状态，实现对三相LCL并网NPC逆变器的控制。
3.根据权利要求2所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述根据所述输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度，计算得到参考电流值的具体公式包括：
其中，
θi、θc和θg分别为输出电流的电角度、并网电流的电角度和电网电压的电角度；
Id和Iq为人为给定值；
所述通过改变预测控制参考电流角度，实现LCL滤波并网电流与电网同步的具体方法包括：
计算出三相LCL并网NPC逆变器的输出电流与LCL滤波后电流的相位差，将所述相位差与所述电网电压的电角度相加，并带入参考电流值的计算公式。
4.根据权利要求2所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述输出电压矢量的计算公式为，
其中，
v为输出电压矢量；
vaN为三相LCL并网NPC逆变器的a相输出端与直流侧负端点的电压；
vbN为三相LCL并网NPC逆变器的b相输出端与直流侧负端点的电压；
vcN为为三相LCL并网NPC逆变器的c相输出端与直流侧负端点的电压；
公式中的a为
所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型的计算公式为，
其中，
vxc为a、b和c各相滤波电容电压；
vnN为电网中性点与直流侧负端点的电压；
ixo和ixg分别为三相LCL并网NPC逆变器的a、b和c各相输出电流和并网电流；
L1和L2为滤波电感；
R1和R2为滤波电感的等效电阻；
C为滤波电容；
L和R分别为输电线路等效电感和电阻；
ex为三相电网电压；
j为虚部。
5.根据权利要求4所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述根据所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型和输出电压矢量的计算公式，得到逆变器输出电流的预测值数学模型的具体方法包括：
将所述三相LCL并网NPC逆变器数学模型的计算公式带入所述输出电压矢量的计算公式，再应用向前的欧拉近似将电流导数离散化，得到三相LCL并网NPC逆变器的输出电流预测值数学模型：
其中，
io(k)为k时刻的输出电流值；
ig(k)为k时刻的并网电流值；
ig(k-1)为k-1时刻的并网电流值；
Ts为采样间隔；
6.根据权利要求2所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述根据所述直流侧两个电容电压、当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号，选择计算扇区和其内的短矢量的方法包括：
运用直流侧两个电容电压uc1和uc2以及当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo和人为给定的预测值计算扇区选择变量，选择计算扇区和其内的短矢量。
7.根据权利要求6所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述运用直流侧两个电容电压uc1和uc2以及当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo和人为给定的预测值计算扇区选择变量，选择计算扇区和其内的短矢量的具体方法包括：
根据当前输出电压矢量在电压矢量的复平面上的编号xo作为初始位置，应用人为给定的预测值计算扇区选择变量中的增变量和减变量确定计算扇区的大小；
当uc1>uc2时，选择P组开关状态的短矢量对io(k+1)进行预测计算，当uc1<uc2时，选择N组开关状态的短矢量对io(k+1)进行预测计算。
8.根据权利要求7所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***，其特征在于，所述代价函数为：
其中，
g为代价函数；
应用所述代价函数和计算扇区和其内的短矢量，通过对比代价函数在预测下一个采样周期不同输出电压矢量的值，选出最优的开关状态的具体方法包括：
应用选择到的短矢量带入代价函数计算出诺干个代价函数值，再计算出最小的一个代价函数值，将其中的短矢量的开关状态作为最优开关状态。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时，执行如权利要求1至8任意一项所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***中的方法。
10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质存储的计算机程序，能够被一个或多个处理器执行，能够用来实现如权利要求1至8中任一项所述的一种基于快速模型预测控制的三相LCL并网NPC逆变***中的方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210372763.3A CN114597955A (zh) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | 基于快速模型预测控制的三相lcl并网npc逆变*** |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114597955A true CN114597955A (zh) | 2022-06-07 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114597955A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117856651A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-04-09 | 苏州大学 | 单相lc滤波逆变器的有限集滑模预测控制方法和*** |
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2022
- 2022-04-11 CN CN202210372763.3A patent/CN114597955A/zh active Pending
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