一种三相逆变器并联系统的无互连线预测控制方法与流程

本发明涉及一种三相逆变器并联系统，尤其涉及一种三相逆变器并联系统的无互连线预测控制方法。

背景技术：

对于三相逆变器并联供电系统，对其控制的主要目的是使得各并联逆变器均分系统负载，同时保证各逆变器的输出电压幅值、频率、相位等参数一致。下垂控制针对并联逆变器的输出功率设计控制器，各并联逆变器之间无需通信，因此具有高可靠性及系统冗余等特点。在基于下垂控制的逆变器并联系统设计中，控制器结构普遍采用三环模式，即电流控制环、电压控制环和功率控制环，对系统动态性能的提升主要依靠改变下垂控制特性及增加瞬态控制环等方法，而对于三相并联逆变器自身的动态性能及其开关函数非线性特性则欠考虑。

预测控制产生于工业过程控制，具有建模直观、动态响应快且易于处理系统非线性特性和约束等优点，近年来已被应用于变流器控制领域。主流控制方法有基于有限控制集模型预测控制的变流器优化控制算法。该算法具有系统动态响应快、优化性能函数设置灵活、易于处理系统约束等特点，但是法在线计算量大问题、开关频率高，且其控制器设计过于复杂，且未考虑开关函数的影响，同时系统的可靠性也很难保证。

技术实现要素：

为了克服的传统控制方法在计算量、可靠性行方面存在的难题，本发明提出一种三相逆变器并联系统的无互连线预测控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

由下垂控制部分实现并联逆变器输出有功、无功功率对其输出电压幅值及相位控制，并以此作为并联逆变器模型预测控制的参考电压信号；预测控制部分以并联逆变器输出电压对参考电压的跟踪误差来构建模型预测控制的优化性能函数，采用有限控制集模型预测控制算法，选择最优的控制量作用于三相电压型逆变器，从而实现对三相电压型逆变器并联系统的无互连线预测控制。三相逆变器并联系统的无互连线预测控制方法，包括两电平三相电压型逆变器、下垂控制、预测控制三个部分。

所述两电平三相电压型逆变器由6个IGBT开关器件组成的桥式电路和LC滤波器两部分组成。

所述下垂控制是采用功率控制环的小信号建模与控制器参数的根轨迹分析相结合的方式来实现的。

所述预测控制是通过提高并联逆变器输出电压对参考电压跟踪控制性能来改善三相逆变器并联系统的控制性能。

本发明的有益效果是：三相逆变器并联系统的无互连线预测控制方法，是将逆变器并联系统下垂控制与三相并联逆变器预测控制结合起来，构建了三相并联逆变器无互连线预测控制结构，该控制结构既考虑了并联逆变器模型预测控制的良好动态性能及易于处理系统非线性特性和约束的优势，又兼顾了逆变器并联系统下垂控制所具有的鲁棒性、可扩展性及全系统冗余等特点，实现了对并联系统负载功率的有效均分及对各并联逆变器的优化控制。

附图说明

图1 两电平三相电压型逆变器结构。

图2 预测控制结构框图。

图3 无互连线预测控制结构框图。

具体实施方案

如图1所示，两电平三相电压型逆变器(2-level voltage source inverter，2L-VSI)。在任意时刻t_k，定义作用于三相电压型逆变器的开关函数组合为，其中开关函数且S_j只有0或1两种取值，因此开关函数组合S只有8种可能值，设为。

如图2所示，算法的基本原理为：先根据三相电压型逆变器被控量x与开关函数组合S的关系构建三相电压型逆变器的预测模型；在时刻，由被控量与开关函数组合计算出下一时刻被控量的预测值:

；

根据所关注的系统特性，如系统跟踪误差、开关损耗及系统约束等，构建预测控制器的优化性能函数，其中x为被控量参考值；最后在中选择使优化性能函数f_g最小的开关函数组合作用于三相逆变器。

如图3所示，将三相电压型逆变器模型预测控制与三相逆变器并联系统下垂控制结合起来，由下垂控制提供各并联逆变器预测控制的参考电压信号u₀，再由预测控制给出驱动三相并联逆变器的开关信号。图中的两个虚线框分别表示系统控制结构中的下垂控制部分和预测控制部分。

并联逆变器无互联线预测控制结构主要利用了预测控制算法在三相并联逆变器输出电压跟踪控制性能上的优势，将预测控制替换并联逆变器的电流内环–电压外环控制，从而通过提高并联逆变器输出电压对参考电压u₀跟踪控制性能来改善三相逆变器并联系统的控制性能。

下垂控制器参数的设计采用功率控制环的小信号建模与控制器参数的根轨迹分析相结合的方式来实现。在逆变器并联系统中，系统的控制目标是并联系统输出电压对参考电压的跟踪及各并联逆变器对负载功率的均分。下垂控制已确保了上述目标的实现，并给出了单台并联逆变器输出电压跟踪控制的参考值u₀。