基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法与流程

技术特征：

1.基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法，采用电压型三电平中点钳位拓扑，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采集拓扑电路交流侧电压u_a、u_b和电流i_a、i_b的瞬时值，计算得到系统瞬时有功功率p和瞬时无功功率q：

$\left\{\begin{array}{c}p=2u_a{i}_a+2u_b{i}_b+u_b{i}_a+u_a{i}_b\\ q=\sqrt{3}(u_b{i}_a-u_a{i}_b)\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤2：应用模糊控制思想确定瞬时功率的滞环宽度H_p和H_q，从而确定有功功率偏差变量S_p和无功功率偏差变量S_q；

步骤3：采集直流侧下电容电压u_dc2，确定中点电压偏差变量S_n；

步骤4：根据确定的S_p、S_q和S_n，采用新型矢量选择法确定DPC策略的最终开关状态；

步骤5：根据步骤4中的开关状态，控制每相各开关器件的打开和关闭，使系统实际输出功率达到设定要求。

2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤2中有功功率偏差变量S_p和无功功率偏差变量S_q具体为：

$S_x=\left\{\begin{array}{c}1,x^{*}-x\>H_x\\ 0,x^{*}-x\<-H_x\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，x＝p,q，p^*由直流侧给定电压U_dc^*与反馈电压U_dc的差值经过PI控制器得到，q^*由系统设定，H_p为瞬时有功功率的滞环宽度，H_q为无功功率的滞环宽度。

3.根据权利要求2所述的基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法，其特征在于，所述滞环宽度H_p和H_q根据模糊控制思想来设定，具体设置过程为：

(a)确定系统实际瞬时功率与理论瞬时功率的偏差Δp和Δq，其中，Δp为瞬时有功功率理论值对实际值的偏差，Δq为瞬时无功功率理论值对实际值的偏差，它们满足：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}p=p^{*}-p\\ \mathrm{\Δ}q=q^{*}-q\end{array}\right.---\left(3\right)$

(b)对Δp和Δq进行量化和限幅后变为-1到1之间的数，以此作为模糊控制器的输入；

(c)设计模糊控制器：模糊控制器的输入论域为[-1,-0.5,0,0.5,1]对应的模糊语言为{NB,NM,Z,PM,PB}，采用三角形隶属函数，模糊控制器的输出为三个滞环宽值，分别为H_x2、H_x1和H_x0，其中，x＝p,q；H_x2对应大环宽，H_x1对应中环宽，H_x0对应小环宽；输入输出规则对应关系为：当输入为NB和PB时，H_x＝H_x2，当输入为NM和PM时，H_x＝H_x1，当输入为Z时，H_x＝H_x0。

4.根据权利要求1所述的基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤3中确定中点电压偏差变量S_n公式为：

$S_n=\left\{\begin{array}{c}1,u_{dc2}-U_{dc}/2\>H_n\\ 0,u_{dc2}-U_{dc}/2\<-H_n\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，u_dc2为系统直流侧下电容电压，H_n为中点电压的波动幅值，由系统设定。

5.根据权利要求1所述的基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

步骤4.1：根据S_p、S_q，进行候选矢量初选

①若

则要求矢量满足

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{rd}\<\sqrt{3}U-{\mathrm{\ωL}}_{s}q/\sqrt{3}U\\ u_{rq}\>0\end{array}\right.---\left(5\right)$

②若

则要求矢量满足

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{rd}\<\sqrt{3}U-{\mathrm{\ωL}}_{s}q/\sqrt{3}U\\ u_{rq}\<0\end{array}\right.---\left(6\right)$

③若

则要求矢量满足

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{rd}\>\sqrt{3}U-{\mathrm{\ωL}}_{s}q/\sqrt{3}U\\ u_{rq}\>0\end{array}\right.---\left(7\right)$

④若

则要求矢量满足

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{rd}\>\sqrt{3}U-{\mathrm{\ωL}}_{s}q/\sqrt{3}U\\ u_{rq}\<0\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，U为三相电源相电压有效值，u_rd和u_rq分别为各矢量在d轴和q轴上的投影值，d轴对应有功电压，q轴对应无功电压；

步骤4.2：根据S_n的情况，对步骤4.1初选的候选矢量进行二次筛选

步骤4.2.1：根据公式(9)确定不同矢量对应的中点电流i_o，以流出为正：

i_o＝S_aci_a+S_bci_b (9)

步骤4.2.2：根据各矢量对应的i_o的符号和实际的S_n值对可选矢量进行二次筛选

若S_n＝1，保留i_o>0对应的矢量，删除i_o<0对应的矢量；

若S_n＝0，保留i_o<0对应的矢量，删除i_o>0对应的矢量；

步骤4.3：以损耗为第一目标，以系统瞬时有功功率变化为第二目标筛选出最终矢量

步骤4.3.1：对步骤4.2得到的矢量进一步筛选，选择与参考电压矢量在同一扇区的矢量作为最终矢量，以此来减小系统的开关损耗，参考电压矢量V_ref的求解公式如式(11)所示：

$V_{ref}=\sqrt{3}{e}^{-j\mathrm{\&pi;}/6}{u}_a+\sqrt{3}{e}^{j\mathrm{\&pi;}/2}{u}_b---\left(11\right)$

步骤4.3.2：若步骤4.2的结果中不存在与V_ref同扇区的矢量，选择步骤4.2结果中与V_ref所在扇区邻近扇区的矢量作为最终矢量；

步骤4.3.3：如果步骤4.3.1或者步骤4.3.2中得到的矢量不唯一，采用公式(12)确定选择不同矢量后导致的瞬时有功功率的误差，选择误差最小的矢量为最终矢量

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}p=\left|V\right|\&CenterDot;\left|I\right|{\mathrm{cos\&theta;}}_v-p^{*}\\ I=\sqrt{3}{e}^{-j\mathrm{\&pi;}/6}{i}_a+\sqrt{3}{e}^{j\mathrm{\&pi;}/2}{i}_b\end{array}---\left(12\right)$

其中，Δp表示系统瞬时有功功率误差，p^*为系统的瞬时有功功率给定，在SVG系统中，p^*一般接近0；矢量V表示步骤4.3.1或者步骤4.3.2中得到的矢量，矢量I为系统电流矢量，其中i_a、i_b为交流侧三相电流的瞬时值，θ_v为矢量V与矢量I的夹角。

6.根据权利要求1所述的基于模糊控制的三电平静止无功发生器直接功率控制方法，其特征在于，所述步骤5中控制每相各开关器件的打开和关闭具体为：

输出矢量表中包含三相的开关状态，若某相输出P状态，则该相的自上而下的第一、第二开关管开通，第三、第四开关管关断；若某相输出O状态，则该相的自上而下的第二、第三开关管开通，第一、第四开关管关断；若某相输出N状态，则该相的自上而下的第三、第四开关管开通，第一、第二开关管关断。