一種無差拍定頻模型預(yù)測控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無差拍定頻模型預(yù)測控制方法、裝置及系統(tǒng)，屬于光伏發(fā)電變流控制技術(shù)領(lǐng)域，其中該方法包括推算獲得k+1時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電流和的值；計算獲得k時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電壓和根據(jù)參考電壓矢量所處扇區(qū)，將圍成參考電壓矢量所處扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量，將零矢量作為第三作用矢量；計算獲得第一作用矢量的作用時間t1、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間t0。本發(fā)明結(jié)合了模型預(yù)測和無差拍控制的優(yōu)點，將逆變器輸出電壓、電流頻譜集中在開關(guān)頻率的整數(shù)倍，有利于輸出濾波器的設(shè)計。
【專利說明】
一種無差拍定頻模型預(yù)測控制方法、裝置及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電變流控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無差拍定頻模型預(yù)測控制 方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境的日益污染，人類對可再生能源的需求日益增大。目 前，可再生能源的開發(fā)和利用得到各國政府的重視。在可再生能源開發(fā)和利用中，逆變器作 為可再生能源發(fā)電（風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等)與電網(wǎng)或負(fù)載連接的橋梁，是可再生能源發(fā) 電的核心，其性能直接影響整個可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。對于三相電壓型逆變器的控制，常規(guī) 方法有旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的比例積分控制、靜止坐標(biāo)系下準(zhǔn)諧振控制、電流滯環(huán)控制、無差拍控 制等。但旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的比例積分控制方法和靜止坐標(biāo)系下準(zhǔn)諧振控制方法存在逆變器的 性能與控制器的參數(shù)相關(guān)等不足。而比例積分控制參數(shù)和準(zhǔn)諧振控制參數(shù)的選擇與設(shè)計者 的經(jīng)驗相關(guān)，其參數(shù)的選擇要經(jīng)過大量的實驗。電壓型逆變器的電流滯環(huán)控制簡單以及系 統(tǒng)有很好的動態(tài)性能，但逆變器輸出電壓、電流頻譜比較分散，不利于輸出濾波器的設(shè)計。 無差拍控制逆變器有很好的動態(tài)性能。但系統(tǒng)對濾波參數(shù)比較敏感，魯棒性比較差。
[0003] 近年來，隨著微電子技術(shù)和數(shù)字信號處理器的發(fā)展，模型預(yù)測控制在電力電子變 換器得到了廣泛的應(yīng)用。電力電子變換器或電機驅(qū)動器可以定義為怎樣去選擇合適的門極 驅(qū)動控制信號S(t)，使控制系統(tǒng)的變量x(t)盡量去接近所希望的參考變量f(t)。假定系統(tǒng) 的采樣周期為T s，系統(tǒng)變量x(t)在tk時刻值為x(tk)。若系統(tǒng)存在η個控制行為，且η有限。模 型預(yù)測控制充分利用電力電子變換器的離散化特點，充分考慮到電力電子變換器的有限種 開關(guān)狀態(tài)（電力電子變換器具有特定種類的開關(guān)組合）。模型預(yù)測控制用一個目標(biāo)函數(shù)對每 一種行為（電力電子變換器的開關(guān)組合)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行在線評估，選擇能滿足目標(biāo)函數(shù)最小 的開關(guān)組合來實現(xiàn)對電力電子變換器的控制。如智利Rodriguez R教授將模型預(yù)測控制應(yīng) 用于兩電平并網(wǎng)逆變器、多電平并網(wǎng)逆變器、交流電機控制、不間斷電源(UPS)、矩陣式變換 等，取得很好靜、動態(tài)性能。模型預(yù)測控制最大的不足逆變器輸出電壓、電流頻譜比較分散， 逆變器濾波器的設(shè)計困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明實施例要解決的技術(shù)問題在于目前模型預(yù)測控制方法的逆變器輸出 電壓、電流頻譜比較分散，輸出濾波器的設(shè)計困難。
[0005] 為此，本發(fā)明實施例的一種無差拍定頻模型預(yù)測控制方法，包括以下步驟：
[0006] 推算獲得k+Ι時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電流ζ沃+ 1)和?(?。?+ 1) 的值；
[0007] 根據(jù)公式
，計算獲得k時刻三相電壓型逆變器α β坐標(biāo)系下輸出參考電壓~(7?)和?.?ρ(?。?，其中，ia(k)和ip(k)分別為k時刻三相電壓型逆變 器輸出電流在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，R為負(fù)載電阻，Ts為米樣周期，L為濾波電感值；
[0008] 根據(jù)參考電壓矢量
1所處扇區(qū)，將圍成參考電壓矢量 所處扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量，將零矢量作為第三作用矢 量，其中，根據(jù)三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)組合獲得將邱平面劃分出扇區(qū)的電壓空間矢 量，電壓空間矢量包括電壓矢量和零矢量；
[0009] 根據(jù)公另
，計算獲得第一作用矢量的作 用時間t i、第二作用矢量的作用時間12和第三作用矢量的作用時間t 〇，其 中，gl、g：^PgQ分別為第一作用矢量、第二作用矢量和第三作用矢量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，
其中，Uccm(k)和Ufim(k)分別為k時刻第m 作用矢量在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，m = 0，1，2。
[0010] 優(yōu)選地，所述輸出參考電流ζ(Α + 1)和?^τ + Ι)通過線性插值定理推算獲得，計算公 式如下：
[0011]
分 另IJ為k時刻、k-ι時刻和k-2時刻的輸出參考電流。
[0012] 優(yōu)選地，所述電壓空間矢量為將αβ平面劃分出六扇區(qū)的電壓空間矢量，包括電壓 矢量Un和零矢量UQ、U7，n=l，2,…，6;
[0013]
[0014] 其中，心和咖分別為電壓矢量11"在<^坐標(biāo)系下的α、β分量，Vdc為直流母線電壓，
為變換矩陣：
，Sa、Sb和S。分別表示a、b和c相的 開關(guān)狀態(tài)。
[0015] 優(yōu)選地，所述推算獲得k+1時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電流 ζ 〇 +1)和《〇 + ])的值的步驟之前，還包括以下步驟：
[0016] 獲取k時刻三相電壓型逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流；
[0017] 將三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α分量ia(k)和β分量ie (k) 〇
[0018] 本發(fā)明實施例的一種無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置，包括：
[0019] 第一計算單元，用于推算獲得k+Ι時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電 流/> + 1)和+ 的值；
[0020] 第二計算單元，用于根據(jù)公式
|計算獲得k時刻 三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電壓和其中，ia(k)和ifi(k)分別為k 時刻三相電壓型逆變器輸出電流在邱坐標(biāo)系下的α、β分量，R為負(fù)載電阻，Ts為采樣周期，L 為濾波電感值；
[0021] 作用矢量確定單元，用于根據(jù)參考電壓矢量
所處扇 區(qū)，將圍成參考電壓矢量所處扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量，將 零矢量作為第三作用矢量，其中，根據(jù)三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)組合獲得將αβ平面劃 分出扇區(qū)的電壓空間矢量，電壓空間矢量包括電壓矢量和零矢量；
[0022] 作用時間獲得單元，用于根據(jù)公式
，計算 獲得第一作用矢量的作用時間^、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間 to,其中，分別為第一作用矢量、第二作用矢量和第三作用矢量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù) 值
，其中，Uam ( k )和Ufa (k)分別為k時刻 第m作用矢量在αβ坐標(biāo)系下的a、β分量，m = 0，1，2。
[0023] 優(yōu)選地，所述輸出參考電流〇 + 1)和ξ(?。?+ 1)通過線性插值定理推算獲得，計算公 式如下：
[0024]
，其中
分 另IJ為k時刻、k-ι時刻和k-2時刻的輸出參考電流。
[0025] 優(yōu)選地，所述電壓空間矢量為將αβ平面劃分出六扇區(qū)的電壓空間矢量，包括電壓 矢量Un和零矢量UQ、U7，n=l，2,…，6;
[0026]
[0027] 其中，1^和卯"分別為電壓矢量11"在<^坐標(biāo)系下的α、β分量，Vdc為直流母線電壓， 勺變換矩陣
5'￡1、？1)和3。分別表不3、13和(3相 的升夫狀態(tài)。
[0028]優(yōu)選地，所述第一計算單元之前，還包括：
[0029]獲取單元，用于獲取k時刻三相電壓型逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電 流；
[0030] 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于將三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α分 量ia(k)和β分量ifs(k)。
[0031] 本發(fā)明實施例的一種無差拍定頻模型預(yù)測控制系統(tǒng)，包括:三相電壓型逆變器和 上述的無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置；
[0032] 三相電壓型逆變器，其輸入端與可再生能源的輸出端連接，其控制端與無差拍定 頻模型預(yù)測控制裝置的輸出端連接；
[0033]無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置，用于生成控制三相電壓型逆變器的第一作用矢量 的作用時間、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間to。
[0034] 本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：
[0035] 1.本發(fā)明實施例提供的無差拍定頻模型預(yù)測控制方法、裝置及系統(tǒng)，通過采用k+1 時刻輸出參考電流I)和々.(d):來計算k時刻輸出參考電壓和，即根據(jù)逆 變器給定值和實際值的偏差，在下一個采樣實現(xiàn)對給定值的跟蹤，實現(xiàn)了無差拍控制，并且 逆變器輸出電壓、電流頻譜集中在開關(guān)頻率的整數(shù)倍，從而結(jié)合了模型預(yù)測和無差拍控制 的優(yōu)點，系統(tǒng)有很好的靜、動態(tài)性能，也有利于輸出濾波器的設(shè)計。并且采用三個作用矢量 進(jìn)行預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)的計算，大大減少了計算次數(shù)，提高了計算效率。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體 實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的 附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前 提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037] 圖1為本發(fā)明實施例1中無差拍定頻模型預(yù)測控制方法的一個具體示例的流程圖；
[0038] 圖2為劃分出六扇區(qū)的電壓空間矢量關(guān)系圖；
[0039]圖3為三相電壓型逆變發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖4為參考電壓矢量在第I扇區(qū)時各作用矢量的作用時間和順序圖；
[0041]圖5為三相電壓型逆變器的無差拍定頻模型預(yù)測控制策略圖；
[0042]圖6為本發(fā)明實施例2中無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置的一個具體示例的原理框 圖；
[0043]圖7為本發(fā)明實施例3中無差拍定頻模型預(yù)測控制系統(tǒng)的一個具體示例的原理框 圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0045] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語"第一"、"第二"等僅用于描述目的，而不 能理解為指示或暗示相對重要性。
[0046] 此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu) 成沖突就可以相互結(jié)合。
[0047] 實施例1
[0048]本實施例提供一種無差拍定頻模型預(yù)測控制方法，例如，可以應(yīng)用于三相電壓型 逆變發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
[0049] S1、推算獲得k +1時刻三相電壓型逆變器α β坐標(biāo)系下輸出參考電流/；； (A +丨）和 如+ 1)的值；
)
[0050] S2、根據(jù)公式 ，計算獲得k時刻三相電壓型逆 變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電壓W[(/c)和其中，ia(k)和ifs(k)分別為k時刻三相電壓 型逆變器輸出電流在邱坐標(biāo)系下的α、β分量，R為負(fù)載電阻，Ts為采樣周期，L為濾波電感值；
[0051] S3、根據(jù)參考電壓矢量
聽處扇區(qū)，將圍成參考電壓 矢量所處扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量，將零矢量作為第三作用 矢量，其中，根據(jù)三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)組合獲得將邱平面劃分出扇區(qū)的電壓空間 矢量，電壓空間矢量包括電壓矢量和零矢量；
[0052] S4、根據(jù)公另
|計算獲得第一作用矢量的 作用時間U、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間to，其中，gl、g 2 和go分別為第一作用矢量、第二作用矢量和第三作用矢量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，
i其中，Uam( k)和Uftn( k)分別為k時刻第m 作用矢量在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，m = 0，1，2。
[0053] 上述無差拍定頻模型預(yù)測控制方法，通過采用k+1時刻輸出參考電流/：：(/( +丨）和 以灸+ 1)來計算k時刻輸出參考電壓l4(fc)和吟即根據(jù)逆變器給定值和實際值的偏差， 在下一個采樣實現(xiàn)對給定值的跟蹤，實現(xiàn)了無差拍控制，并且逆變器輸出電壓、電流頻譜集 中在開關(guān)頻率的整數(shù)倍，從而結(jié)合了模型預(yù)測和無差拍控制的優(yōu)點，系統(tǒng)有很好的靜、動態(tài) 性能，也有利于輸出濾波器的設(shè)計。并且采用三個作用矢量進(jìn)行預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)的計 算，大大減少了計算次數(shù)，提高了計算效率。
[0054] 優(yōu)選地，輸出參考電流ζ認(rèn)+ 1)和$0 + 1)通過線性插值定理推算獲得，計算公式如 下：
[0055]
，其中
分 另IJ為k時刻、k-Ι時刻和k-2時刻的輸出參考電流。
[0056] 優(yōu)選地，電壓空間矢量為將αβ平面劃分出六扇區(qū)的電壓空間矢量，電壓空間矢量 關(guān)系如圖2所不，其包括電壓矢量un和零矢量u〇、U7，n = 1，2,…，6;六個扇區(qū)分別表不為扇區(qū) i、n、m、iv、v、vi〇
[0057]
[0058] 其中，Uan和Ufin分別為電壓矢量Un在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，Vdc為直流母線電壓，
為變換矩陣，
，53、54卩5。分別表示8、13和(3相的 開關(guān)狀態(tài)。
[0059] 優(yōu)選地，步驟S1之前，還包括以下步驟：
[0060] S0-1、獲取k時刻三相電壓型逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流；
[00611 S0-2、將三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α分量ia(k)和β分 量 i{s(k)0
[0062] 上述無差拍定頻模型預(yù)測控制方法，通過先獲取三相電壓型逆變器abc坐標(biāo)系下 的輸出電流，然后再將該abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，供后續(xù)計 算使用，由于abc坐標(biāo)系下的輸出電流的獲取相對簡單，從而可以簡化計算，提高處理效率。
[0063] 下面以一種具體的三相電壓型逆變發(fā)電系統(tǒng)為例進(jìn)行詳細(xì)說明，該發(fā)電系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)如圖3所示。該發(fā)電系統(tǒng)主要由可再生能源（如光伏、風(fēng)電等）、三相電壓型逆變器、L濾波 器、負(fù)載R等構(gòu)成?？稍偕茉纯捎芍绷麟娫碋d。和直流輸入電阻Rd。等效。
[0064] 根據(jù)基爾霍夫電壓定律，其動態(tài)電流方程為(電流參考方向如圖3所示）：
[0065] (1)
[0066] 其中，ia、ib、ic為三相電壓型逆變器輸出電流;u aN、ubN、ucN為三相電壓型逆變器輸 出電壓;R為負(fù)載電阻;u nN為電網(wǎng)電壓的中性點與直流母線的負(fù)極之間的電壓。
[0067]考慮到三相對稱系統(tǒng)，則
[0068] ia+ib+ic = 0 (2)
[0069] 結(jié)合式（1)和(2)可得：
[0070]
(3)[0071] 結(jié)合式(1)和式(3)可得：
[0072] (4)
[0073]為了把三相電壓型逆變器三相靜止abc坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型變換到兩相靜止αβ坐標(biāo) 系中去，其變換矩陣c3/2 (等功率坐標(biāo)變換)和其逆矩陣C&定義如下：
[0075]聯(lián)合公式(4)和式(5)可得：
[0074] (5)
[0076]
(6)
[0077]其中，為三相電壓型逆變器輸出電流在αβ坐標(biāo)系下α、β分量;Ua、卯為三相電 壓型逆變器輸出電壓在αβ坐標(biāo)系下α、β分量。
[0078] 假定采樣周期％為比較小，通過歐拉公式，將式(6)離散化可得：
[0079]
(7)
[0080] 則在(k+1)時刻三相電壓型逆變器預(yù)測電流為：
[0081 ]
(8)
[0082]假定在(k+Ι)時刻三相電壓型逆變器電流達(dá)到給定電流，實現(xiàn)無差拍控制，即
[0083]
(9)
[0084] 而在(k+Ι)時刻三相電壓型逆變器參考電流<讀+1)和+ 1):可由（k)時刻、（k-Ι) 時刻和(k-2)時刻參考電流通過線性插值定理可得：
[0085](10) 、、 y :h>、 ）
P v ' .'H. 'y
[0086] 為了在下一個采樣周期實現(xiàn)對給定電流實現(xiàn)無差拍控制，三相電壓型逆變器輸出 參考電壓為：
[0087]
(11).
[0088] 在三相電壓型逆變電路的任何一相橋臂中，根據(jù)不同的開關(guān)組合，可以得到以下 二種輸出狀態(tài)："P"狀態(tài)和"N"狀態(tài)。以a相橋臂為例：（1) "P"狀態(tài):此時開關(guān)管Sal導(dǎo)通，開關(guān) 管Sa2關(guān)斷，輸出端a相對于N點電位ιω = ν<^;(2)"Ν"狀態(tài):開關(guān)管Sal關(guān)斷，開關(guān)管Sa2導(dǎo)通，輸 出端a相對于N點電位ιω = 0Α、(3相橋臂的輸出狀態(tài)與a相橋臂類似。根據(jù)三相電壓型逆變器 輸出的開關(guān)組合，三相電壓型逆變器總共產(chǎn)生23 = 8個電壓矢量，其電壓矢量的大小和空間 位置如圖2所示。假定變量53，&，&{1，0}代表每一相的開關(guān)狀態(tài)，其中"1"代表輸出與母線 電壓正極P點相連，"0"代表輸出與母線電壓負(fù)極N點相連。三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)狀 態(tài)Sj=[S a Sb SC]T，其中j = 0，...，7。則逆變器輸出電壓在靜止αβ坐標(biāo)系下電壓表示為：
[0089]
(12)
[0090] 為實現(xiàn)三相電壓型逆變器對給定電流精確跟蹤，無差拍模型預(yù)測控制目標(biāo)函數(shù)的 選擇為：
[0091]
(13)
[0092] 由式（11)、式（12)和式（13)可知，傳統(tǒng)的模型預(yù)測需要對逆變器輸出的8個電壓矢 量進(jìn)行預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)g(k)在線計算和在線評估，這8個電壓矢量哪一個電壓矢量使 目標(biāo)函數(shù)最小，這一個電壓矢量將在下一個周期被使用，實現(xiàn)目標(biāo)的最優(yōu)控制。因此，傳統(tǒng) 模型預(yù)測控制將要進(jìn)行8次預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)的計算，為減少預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)的計 算次數(shù)，可以根據(jù)參考電壓 <,.(幻=?=的+ /? (的的空間位置，參與預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)在 線評估的電壓矢量為3個最接近參考電壓矢量(2個非零矢量和1個零矢量）。因此，參與預(yù)測 模型和目標(biāo)函數(shù)在線評估的電壓矢量大大減少，大大提高有限開關(guān)狀態(tài)模型預(yù)測控制的計 算效率。參考電壓矢量的空間位置為：
[0093]
(14)
[0094] 假定參考電壓(幻= <(々)+ ./^(幻位于第I扇區(qū)，那么參與預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù) 的電壓矢量為 111(100)、112(110)、11()(000)(或117(111))。零矢量11()(000)和117(111)產(chǎn)生的目標(biāo) 函數(shù)一樣，因此，參與預(yù)測模型計算和目標(biāo)函數(shù)評估只需要一次。和傳統(tǒng)模型預(yù)測相比，預(yù) 測模型的計算次數(shù)由8次減少為3次，大大減少計算量，提高計算效率。為使逆變器輸出電 壓、電流頻譜集中開關(guān)頻率的整數(shù)倍，假定參考電壓(幻=<(々) + ./<(/〇位于第I扇區(qū)，通 過式（13)，電壓矢量U1的目標(biāo)函數(shù)為gl，電壓矢量U2的目標(biāo)函數(shù)為g2,電壓矢量UQ(或U7)的目 標(biāo)函數(shù)為g〇。
[0098] 根據(jù)三個電壓矢量目標(biāo)函數(shù)g^gdPgo的大小線性分配各電壓矢量的作用時間。在 一個米樣周期Ts里，電壓矢量U1的作用時間為tl，電壓矢量U2的作用時間為t2，電壓矢量U0 (或U7)的作用時間為t〇,則各矢量的作用時間為：
[0099]
(15)
[0100] 為了進(jìn)一步減少三相電壓型逆變器輸出電壓、電流諧波，優(yōu)選地，各電壓矢量作用 時間對稱分配;同時，電壓矢量UQ和U7同時作用，各電壓矢量作用時間為一半。參考電壓矢量 <(幻在第I扇區(qū)時，其各電壓矢量的作用時間和作用順序如圖4所示。
[0101] 其他扇區(qū)依次類推。和傳統(tǒng)的模型預(yù)測控制相比，在一個PWM周期有1個零矢量與2 個非零矢量作用，與傳統(tǒng)的7段式SVPWM調(diào)制類似，實現(xiàn)逆變器輸出電壓、電流定頻，從而可 以簡化輸出濾波器的設(shè)計。三相電壓型逆變器的無差拍定頻模型預(yù)測控制策略如圖5所示。
[0102] 實施例2
[0103] 對應(yīng)于實施例1，本實施例提供一種無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置，如圖6所示，包 括：
[0104] 第一計算單元1，用于推算獲得k+Ι時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電 流 (6(?+1)和 & (& +1)的值；
[0105] 第二計算單元2,用于根據(jù)公;E
，計算獲得k時 亥IJ三相電壓型逆變器邱坐標(biāo)系下輸出參考電壓<(/〇和$(幻，其中，L(k)和ie(k)分別為 k時刻三相電壓型逆變器輸出電流在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，R為負(fù)載電阻，Ts為采樣周期，L 為濾波電感值；
[0106] 作用矢量確定單元3,用于根據(jù)參考電壓矢量
所處 扇區(qū)，將圍成參考電壓矢量所處扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量， 將零矢量作為第三作用矢量，其中，根據(jù)三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)組合獲得將αβ平面 劃分出扇區(qū)的電壓空間矢量，電壓空間矢量包括電壓矢量和零矢量；
[0107] 作用時間獲得單元4,用于根據(jù)公式
十算 獲得第一作用矢量的作用時間^、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間 to,其中，gudPgo分別為第一作用矢量、第二作用矢量和第三作用矢量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù) 值
，其中，uam (k)和咖(k)分別為k時刻 第m作用矢量在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，m = 0，1，2。
[0108] 上述無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置，通過采用k+1時刻輸出參考電流〇(> + 1)和 來計算k時刻輸出參考電壓740·)和崎(幻，即根據(jù)逆變器給定值和實際值的偏差， 在下一個采樣實現(xiàn)對給定值的跟蹤，實現(xiàn)了無差拍控制，并且逆變器輸出電壓、電流頻譜集 中在開關(guān)頻率的整數(shù)倍，從而結(jié)合了模型預(yù)測和無差拍控制的優(yōu)點，系統(tǒng)有很好的靜、動態(tài) 性能，也有利于輸出濾波器的設(shè)計。并且采用三個作用矢量進(jìn)行預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù)的計 算，大大減少了計算次數(shù)，提高了計算效率。
[0109] 優(yōu)選地，輸出參考電流ζ認(rèn)+ 1)和$α + 1)通過線性插值定理推算獲得，計算公式如 下：
[0110]
分 另IJ為k時刻、k-Ι時刻和k-2時刻的輸出參考電流。
[0111] 優(yōu)選地，電壓空間矢量為將αβ平面劃分出六扇區(qū)的電壓空間矢量，包括電壓矢量 Un和零矢量UQ、U7，n=l，2,…，6;
[0112]
[0113] 其中，1^和卯"分別為電壓矢量11"在<^坐標(biāo)系下的α、β分量，Vdc為直流母線電壓，
為變換矩陣，
53、50卩5。分別表示&、13和(3相的 開關(guān)狀態(tài)。
[0114] 優(yōu)選地，第一計算單元1之前，還包括：
[0115]獲取單元，用于獲取k時刻三相電壓型逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電 流；
[0116]坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于將三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α分 量ia(k)和β分量ifs(k)。
[0117] 實施例3
[0118] 本實施例提供一種無差拍定頻模型預(yù)測控制系統(tǒng)，如圖7所示，包括:三相電壓型 逆變器10和實施例2的無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置20;
[0119] 三相電壓型逆變器10,其輸入端與可再生能源的輸出端連接，其控制端與無差拍 定頻模型預(yù)測控制裝置的輸出端連接；
[0120]無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置20,用于生成控制三相電壓型逆變器的第一作用矢 量的作用時間、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間to。
[0121] 上述無差拍定頻模型預(yù)測控制系統(tǒng)，通過采用k+1時刻輸出參考電流/=^+1)和 $認(rèn)+])來計算k時刻輸出參考電壓i4(fc)和4(幻，:即根據(jù)逆變器給定值和實際值的偏 差，在下一個采樣實現(xiàn)對給定值的跟蹤，實現(xiàn)了無差拍控制，并且逆變器輸出電壓、電流頻 譜集中在開關(guān)頻率的整數(shù)倍，從而結(jié)合了模型預(yù)測和無差拍控制的優(yōu)點，系統(tǒng)有很好的靜、 動態(tài)性能，也有利于輸出濾波器的設(shè)計。并且采用三個作用矢量進(jìn)行預(yù)測模型和目標(biāo)函數(shù) 的計算，大大減少了計算次數(shù)，提高了計算效率。
[0122] 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1. 一種無差拍定頻模型預(yù)測控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 推算獲得k+Ι時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電流〇々 + ])和?認(rèn)+ 1)的值； 根據(jù)公計算獲得k時刻三相電壓型逆變器αβ坐 標(biāo)系下輸出參考電壓其中，ia(k)和ifi(k)分別為k時刻三相電壓型逆變器 輸出電流在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，R為負(fù)載電阻，Ts為米樣周期，L為濾波電感值； 根據(jù)參考電壓矢所處扇區(qū)，將圍成參考電壓矢量所處 扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量，將零矢量作為第三作用矢量，其 中，根據(jù)三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)組合獲得將邱平面劃分出扇區(qū)的電壓空間矢量，電 壓空間矢量包括電壓矢量和零矢量； 根據(jù)公計算獲得第一作用矢量的作用時 間t i、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間to，其中，gl、g2 和go分別為第一作用矢量、第二作用矢量和第三作用矢量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，_，其中，Uam ( k )和Uftn (k)分別為k時刻第m 作用矢量在αβ坐標(biāo)系下的a、β分量，m = 0，1，2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸出參考電流〇 + 1)和/,分+ 1)通過 線性插值定理推算獲得，計算公式如下：分別為k 時刻、k-Ι時刻和k-2時刻的輸出參考電流。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述電壓空間矢量為將αβ平面劃分出 八扇區(qū)的電壓空間矢量右· ?壬由11〃 η = 1 2，…，6 ; 其中，Uan和ι?βη分別為電壓矢量Un在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，Vd。為直流母線電壓， !換矩陣陽Sc分別表;、b和c相的 開關(guān)狀態(tài)D4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，所述推算獲得k+Ι時刻三相電壓 型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電流ζ(々+1)和^0+1)的值的步驟之前，還包括以下步驟： 獲取k時刻三相電壓型逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流； 將三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α分量ia(k)和β分量ie(k)。5. -種無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置，其特征在于，包括： 笛一i+笪里元，用于推算獲得k+1時刻三相電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電流啲值； 第二計算單元，用于根據(jù)彳計算獲得k時刻三相 電壓型逆變器αβ坐標(biāo)系下輸出參考電壓4 (/(6)和Iip(Zf)，其中，ia(k)和ip (k)分別為k時刻 三相電壓型逆變器輸出電流在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，R為負(fù)載電阻，Ts為采樣周期，L為濾 波電感值； 作用矢量確定單元，用于根據(jù)參考電壓矢聽處扇區(qū)， 將圍成參考電壓矢量所處扇區(qū)的兩個電壓矢量作為第一作用矢量和第二作用矢量，將零矢 量作為第三作用矢量，其中，根據(jù)三相電壓型逆變器輸出的開關(guān)組合獲得將αβ平面劃分出 扇區(qū)的電壓空間矢量，電壓空間矢量包括電壓矢景和零矢景： 作用時間獲得單元，用于根據(jù)公：，計算獲得第 一作用矢量的作用時間^、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間to,其 中，gl、g4PgQ分別為第一作用矢量、第二作用矢量和第三作用矢量對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，、，其中，Uam(k)和Uftn(k)分別為k時刻第m 作用矢量在αβ坐標(biāo)系下的a、β分量，m = 0，1，2。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述輸出參考電流以々+ 1)和/;認(rèn)+ ：1)通過 線性插值定理推算獲得，計算公式如下：分別為k 時刻、k-Ι時刻和k-2時刻的輸出參考電流。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述電壓空間矢量為將αβ平面劃分出 六扇區(qū)的電壓空間矢量，包括電壓矢量Un和零矢量u〇、U7，n = l，2,…，6;其中，Uan和UPn分別為電壓矢量Un在αβ坐標(biāo)系下的α、β分量，Vd。為直流母線電壓，a、Sb和Sc分別表不a、b和c相的 開關(guān)狀態(tài)。8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一計算單元之前，還包括： 獲取單元，用于獲取k時刻三相電壓型逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流； 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于將三相靜止abc坐標(biāo)系下的輸出電流轉(zhuǎn)換成αβ坐標(biāo)系下的α分量ia (k)和 β 分量 if!(k)。9. 一種無差拍定頻模型預(yù)測控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:三相電壓型逆變器和如權(quán)利 要求5-8任一項所述的無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置； 三相電壓型逆變器，其輸入端與可再生能源的輸出端連接，其控制端與無差拍定頻模 型預(yù)測控制裝置的輸出端連接； 無差拍定頻模型預(yù)測控制裝置，用于生成控制三相電壓型逆變器的第一作用矢量的作 用時間t、第二作用矢量的作用時間t2和第三作用矢量的作用時間to。
【文檔編號】H02M7/5387GK105897030SQ201610403634
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】黃敏, 楊勇, 方剛, 盧進(jìn)軍, 劉滔, 蔣峰, 曾維波
【申請人】江蘇固德威電源科技股份有限公司