，且不用傳感器，節(jié)約成本。
[0052]本發(fā)明中的αβ坐標(biāo)系又稱兩相靜止坐標(biāo)系，是三相系統(tǒng)中的一種坐標(biāo)系，以原點(diǎn) 為圓心，其中坐標(biāo)軸α通常與三相靜止坐標(biāo)系(abc)的a軸重合，坐標(biāo)軸β超前坐標(biāo)軸α90°，兩 個(gè)分量均為交流量。三相靜止坐標(biāo)系(abc)是三相系統(tǒng)中的一種坐標(biāo)系，以原點(diǎn)為圓心，三 個(gè)坐標(biāo)軸a，b，c分布在平面上，相位互差120°，三個(gè)分量（電壓或電流）均為交流量。兩種坐 標(biāo)系如圖9所示。
[0053] 可以通過Clarke公式將三相靜止坐標(biāo)系下的分量Xa，Xb，Xc變換為兩相靜止坐標(biāo)系 下的分量xa，xfs，Clarke公式如下：
[0054]
[0055] 2、逆變器模型電流兩步預(yù)測控制算法
[0056] 所設(shè)計(jì)的兩步預(yù)測控制算法在一個(gè)控制周期內(nèi)同時(shí)考慮逆變器最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組 合及次優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合，并確保在兩個(gè)控制周期內(nèi)所選開關(guān)函數(shù)組合最優(yōu)，分為完全兩步 預(yù)測和部分兩步預(yù)測，兩步預(yù)測算法開關(guān)函數(shù)組合選擇過程如圖2所示，圖2(a)是完全兩步 預(yù)測的算法原理圖，設(shè)定系統(tǒng)的控制目標(biāo)是被控量對(duì)其參考值的準(zhǔn)確跟蹤。圖中在時(shí)刻 先由預(yù)測模型計(jì)算出被控量t k時(shí)刻的預(yù)測值x(tk)，再由預(yù)測模型計(jì)算出在逆變器所有有效 開關(guān)函數(shù)組合分別作用下的被控制量t k+1時(shí)刻的預(yù)測值Xl(tk+1)，i = l，…，n，在r^Xl(tk+1) 的基礎(chǔ)上，由預(yù)測模型計(jì)算出在逆變器所有有效開關(guān)函數(shù)組合分別作用下的被控制量t k+2 時(shí)刻的預(yù)測值，在全部η2個(gè)被控制量在tk+2時(shí)刻的預(yù)測值中選取與參考值最接近的預(yù)測值 所對(duì)應(yīng)的xi(tk+i)，進(jìn)而在tk時(shí)刻可得出tk+i時(shí)刻將實(shí)施的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合S(tk)，即為完 全兩步預(yù)測原理。
[0057] 圖2(b)是部分兩步預(yù)測的算法原理圖，與完全兩步預(yù)測不同的是，在預(yù)測了tk+1時(shí) 刻的預(yù)測值Xl(t k+1)，i = 1，…，η之后選擇與被控量參考值最接近及次接近的被控量預(yù)測 值，記為Xmin(tk+1)，Xsmin(tk+l)，并定義其所對(duì)應(yīng)的開關(guān)函數(shù)組合為Smin(tk)和Ssmin(tk);分別 在 Xmln(tk+1)，Xs_(tk+1)基礎(chǔ)上，由預(yù)測模型計(jì)算出在逆變器所有有效開關(guān)函數(shù)組合分別作 用下的被控制量tk+2時(shí)刻的預(yù)測值，在全部2n個(gè)被控制量在tk+2時(shí)刻的預(yù)測值中選取與參考 值最接近的預(yù)測值所對(duì)應(yīng)的Xmin(tk+1)或Xsmi n(tk+1)，進(jìn)而在tk時(shí)刻可得出tk+1時(shí)刻將實(shí)施的 最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合Smln(t k)或Ssmln(tk)，以上所述為部分兩步預(yù)測原理。由以上分析可以觀 察到，完全兩步預(yù)測算法運(yùn)算量是部分兩步預(yù)測算法的n/2倍，運(yùn)算較為復(fù)雜。
[0058] 對(duì)于本發(fā)明所研究的問題，ia和b即為圖2中的被控量X。
[0059] 兩種兩步預(yù)測方法對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)優(yōu)化函數(shù)表達(dá)式相同，都選為第二步預(yù)測后， 輸出電流與給定參考電流值差的平方和。選擇性能指標(biāo)優(yōu)化函數(shù)為：
[0060] fgi}1 =[i* (^ + 2:)-/ai/(A- + 2)] +[/* (^ + 2)-/^.(^ + 2)] (5)
[0061] 式中，CP + 2)和〇μ + 2)為tk+2時(shí)刻的參考電流分量，可以由二階線性插值預(yù)測得 到：
[0062]
[0063] 式中，⑷和為tk時(shí)刻的參考電流分量，和1)為tk-1時(shí)刻的參 考電流分量。
[0064] 采用MATLAB/simulink構(gòu)建系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真研究，以驗(yàn)證兩步預(yù)測控制算法的 正確性。其中電網(wǎng)電壓采用幅值和頻率固定的交流電源進(jìn)行模擬。指令值只有基波分量無 其他次分量。基本參數(shù)見表1。
[0065] 表1電路參數(shù)
[0066]
[0067]
[0068] 通過實(shí)驗(yàn)仿真對(duì)比一步預(yù)測與完全兩步預(yù)測和部分兩步預(yù)測算法對(duì)兩電平三相 并網(wǎng)型逆變器的控制性能。圖3,圖4,圖5分別針對(duì)一步預(yù)測，完全兩步預(yù)測和部分兩步預(yù)測 逆變器輸出電流總諧波畸變率(total harmonic distortion，THD)及優(yōu)化性能函數(shù)fg最小 值曲線(fgmin)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，給出了 a相電壓和a相電流實(shí)驗(yàn)波形，及其優(yōu)化性能函數(shù)^最 小值曲線fgmin。
[0069] 圖3采用一步預(yù)測的逆變器a相電流諧波含量約在1.69%，且50Hz處的a相電流有 效值為9.984A(給定值為10A)。圖4采用完全兩步預(yù)測，a相電流諧波含量約在1.45%，a相電 流有效值為10A。圖5采用部分兩步預(yù)測，a相電流諧波含量約在1.37%，且a相電流有效值為 9.988A。可以得到采用部分兩步預(yù)測控制的逆變器電流諧波含量最小，采用完全兩步預(yù)測 的逆變器穩(wěn)態(tài)誤差最小。從它們的優(yōu)化性能函數(shù)最小值曲線可以得到，三種方法差別不是 很大，但采用完全兩步預(yù)測和部分兩步預(yù)測要比一步預(yù)測的優(yōu)化性能函數(shù)最小值稍小些。 所以不論是從電流諧波畸變率還是從優(yōu)化性能函數(shù)最小值來看，都是兩步預(yù)測控制性能好 一些。完全兩步預(yù)測控制和部分兩步控制性能各有優(yōu)勢，差別不是很大。
[0070] 通過進(jìn)行逆變器預(yù)測控制動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證兩步預(yù)測算法的正確性。在0.1s 時(shí)把給定電流值從10A到15A進(jìn)行突變，分別采用一步預(yù)測，完全兩步預(yù)測和部分兩步預(yù)測 的方法對(duì)三相并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制。仿真波形如圖6,圖7,圖8所示。
[0071] 當(dāng)給定電流值突變時(shí)，圖6采用一步預(yù)測的逆變器a相電流諧波含量約在2.09% ; 圖7采用完全兩步預(yù)測，a相電流諧波含量約在2.06% ;圖8采用部分兩步預(yù)測，a相電流諧波 含量約在2.01%。可以看出，給定值突變時(shí)，采用部分兩步預(yù)測a相電流諧波畸變率最小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種S相并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征是，所述方法首先在郵坐標(biāo)系下建立S相 并網(wǎng)逆變器的輸出電流預(yù)測模型，然后利用建立的預(yù)測模型，采用兩步預(yù)測算法求得控制 =相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合，最后利用=相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合對(duì)逆 變器的各個(gè)開關(guān)器件進(jìn)行控制，所述方法包括W下步驟： a. 建立=相并網(wǎng)逆變器的輸出電流預(yù)測模型：其中，L為連接在并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)之間的濾波電感，R為與濾波電感L串接的電阻，ia 化)和ie化)為tk時(shí)刻郵坐標(biāo)系下的并網(wǎng)逆變器輸出電流分量，ia化+1)和ie化+1)為tk+i時(shí)刻 曰e坐標(biāo)系下的并網(wǎng)逆變器輸出電流分量，Ua化)和Ue化)為tk時(shí)刻郵坐標(biāo)系下的并網(wǎng)逆變器 輸出電壓分量，ea化)和ee化)為tk時(shí)刻郵坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓分量，Ts為采樣周期； b. 在tk-擁刻利用預(yù)測模型計(jì)算并網(wǎng)逆變器輸出電流在tk時(shí)刻的預(yù)測值ia化)和ie化）：式中，ia化-1)和ie化-1)為tk-l時(shí)刻郵坐標(biāo)系下的并網(wǎng)逆變器輸出電流分量，Ua化-1)和 Ue化-1)為tk-擁刻郵坐標(biāo)系下的并網(wǎng)逆變器輸出電壓分量，ea化-1)和ee化-1)為tk-擁刻郵 坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓分量； C.利用預(yù)測模型計(jì)算出在逆變器所有有效開關(guān)函數(shù)組合分別作用下的并網(wǎng)逆變器輸 出電流在tk+i時(shí)刻的預(yù)測值iai化+1)和iei化+l)，i = l，…，n，n為逆變器有效開關(guān)函數(shù)組合 的個(gè)數(shù)； d. 在n組iai化+1)和iei化+1)的基礎(chǔ)上，利用預(yù)測模型計(jì)算出在逆變器所有有效開關(guān)函 數(shù)組合分別作用下的并網(wǎng)逆變器輸出電流在tk+2時(shí)刻的預(yù)測值iau(k+2)和iei^k+2)，j = e. 對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出電流在tk+2時(shí)刻的每組預(yù)測值1。1腫+2)和相腫+2)，計(jì)算其選擇 性能指標(biāo)優(yōu)化函數(shù)值： 乃'掃=[C 片 + 2) - f (/f + 2幻 + ['; (A + 2)-(A + 2口 式中，這(& + 2)和《片+ 2)為tk+2時(shí)刻的參考電流分量； f. 從上述計(jì)算結(jié)果中找出最小的選擇性能指標(biāo)優(yōu)化函數(shù)值，則該函數(shù)值所對(duì)應(yīng)的tk+1 時(shí)刻所實(shí)施的開關(guān)函數(shù)組合S(tk)即為控制=相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合； g. 利用tk+1時(shí)刻=相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合對(duì)逆變器進(jìn)行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種=相并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征是，為了減少計(jì)算 量，在預(yù)測了 tk+i時(shí)刻并網(wǎng)逆變器輸出電流的預(yù)測值iai化+1)和iei化+l)，i = l，…，n之后， 對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出電流在tk+i時(shí)刻的每組預(yù)測值iai化+1)和iei化+1)，計(jì)算其選擇性能指標(biāo) 優(yōu)化函數(shù)值： >4'(' = [C (&+4-，+ [';(反+4 , (/f+4] 式中，C(* + l)和Z;(/f + l)為tk+l時(shí)刻的參考電流分量，在預(yù)測tk+2時(shí)刻并網(wǎng)逆變器的輸出 電流時(shí)，僅在fgii最小和次小的兩組電流預(yù)測值的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種S相并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征是，tk+2時(shí)刻的參 考電流分量C (*+2)和弓批+巧由二階線性插值預(yù)測得到： (足+2) = ：?/,:(/一1)- 3/;:如 + /:^-1); /；(^ + 2) = 3/；；(A + l)-3/；；{^) + /；；(^-l) 式中，C(A)和弓(A)為tk時(shí)刻的參考電流分量，z:(*-：〇和!';(A--1)為tk-l時(shí)刻的參考電 流分量。
【專利摘要】一種三相并網(wǎng)逆變器的控制方法，用于解決現(xiàn)有控制方法運(yùn)算量大、控制性能差的問題，其技術(shù)方案是，所述方法首先在坐標(biāo)系下建立三相并網(wǎng)逆變器的輸出電流預(yù)測模型，然后利用建立的預(yù)測模型，采用兩步預(yù)測算法求得控制三相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合，最后利用三相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)開關(guān)函數(shù)組合對(duì)逆變器的各個(gè)開關(guān)器件進(jìn)行控制。本發(fā)明在建立三相并網(wǎng)逆變器輸出電流預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，采用兩步預(yù)測控制算法對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制，同現(xiàn)有的逆變器控制方法相比，本方法不僅運(yùn)算量小，而且具有理想的控制性能。
【IPC分類】H02M7/5387, H02J3/38
【公開號(hào)】CN105515430
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610029397
【發(fā)明人】楊立濱, 李牡丹, 張海寧, 王印松, 王淑媛
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)青海省電力公司, 華北電力大學(xué)（保定）, 國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月15日