一种适用于三相并网逆变器的快速模型预测控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于三相并网逆变器的快速模型预测控制方法。
【背景技术】
[0002] 模型预测控制是一种基于模型、滚动实施并结合反馈校正的优化控制算法。假设 系统的采样周期为T s，系统变量在tk时刻的值为x(k)，系统共有有限的n种控制策略S p S2、S3~Sn，如图1所示。在tk时刻，系统根据预测模型和当前变量值x(k)可以预测出与n 种控制策略对应的n个下一周期系统变量值X 1 (k+1)、x2(k+l)、x3(k+l) ???xjk+l)。然后在 n个预测值中选择与参考值最为接近的一个，并采用相应的控制策略。如图1中在tk时刻 得到的n个预测值中，X 1 (k+1)与参考值最接近，所以此时控制策略采用S1。为了衡量预测 值与参考值的相近度，需要定义一个价值函数。函数值越小，预测值与参考值就越接近。
[0003] 三相逆变器的三个桥臂上的六个开关管共有8种开关状态，产生7种不同的电压 合成矢量，如图2所示。零矢量对应的两种开关组合只取其一。由于逆变器的开关组合（控 制集）个数有限，所以可以利用逆变器的预测模型，采用遍历法计算出在所有开关组合分 别作用下的逆变器输出电流，并选择使所设计的价值函数最小的开关组合作用于逆变器。
[0004] 三相逆变器的模型预测控制过程如图3所示，在逆变器输出侧采样得到输出电流 i (k)，预测模型利用已知的系统参数L和R、采样电流i (k)、和7种开关组合产生的输出电 压可计算出7个预测电流i (k+1)。然后把这7个预测电流与参考电流进行比较，与参考电 流最为接近的预测电流对应的开关状态就将在下一周期被采用。常用的价值函数如下：
[0005] , =|4(k+l) -4| + |4(k+l)_4| + |;.c(k+l)_41 (I)
[0006] 式中，ia(k+l)、ib(k+l)和ijk+l)为预测电流；i:、i b#和i，为参考电流。
[0007] 三相并网逆变器可根据需要输出有功功率和无功功率，比如当电网电压跌落时， 逆变器需向电网输送无功来支持电网电压的恢复，实现低电压穿越。此外，如果非线性负载 过多，电网电流中还会含有较多的谐波，此时逆变器还需要输出谐波电流来供给非线性负 载，以避免公用电网受到污染。为了实现逆变器在不同输出之间的切换，参考电流要根据需 要进行调整。当参考电流发生突变时，实际输出电流需要一段时间来追踪上参考值，在这段 时间内，系统内状态变量将出现波动，影响系统稳定性，因此应尽量缩短追踪时间。
【发明内容】
[0008] 本发明为了解决上述问题，提出了一种适用于三相并网逆变器的快速模型预测控 制方法，该方法通过在价值函数上添加适当的权重来构成一个新的价值函数。与传统的价 值函数相比，在参考值发生较大变化时，本方法可以有效地减少追踪时间。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 为了实现逆变器在不同输出之间的切换，参考电流要根据需要进行调整。当参考 电流在短时间内发生较大的变化时，系统需要一定的时间来追踪参考值。为了减小追踪时 间，可在价值函数上添加权重，如下所示：
[0011] / =X01/" (k+1) -I+X61? (k+1) -I+XcI.; (k+1) -I(2)
[0012] 式中，Aa、Ab和A。为公式中每一项的权重。其取值根据参考值的变化率来选 取。比如在参考电流发生突变的情况下，计算出三相参考电流在突变时刻的变化率，然后将 每一相的变化率赋值给相应的权重。由于追踪时间较短，可以设定在一个固定的时间长度 内使用加权中的价值函数。
[0013] 一种适用于三相并网逆变器的快速模型预测控制方法，包括以下步骤：
[0014] (1)设定变化率门槛值和时间长度值；
[0015] (2)实时检测参考电流的变化率，当三相参考电流的变化率均小于步骤（1)中设 定的变化率门槛值时，采用无权重函数作为价值函数；
[0016] (3)当至少一相参考电流的变化率大于门槛值时，将各相参考电流的变化率赋值 权重，采用有权重函数作为价值函数，并开始计时；
[0017] (4)当计时时间超过设定的时间长度值时，转到步骤（2)。
[0018] 所述步骤（3)中，有权重价值函数是在价值函数的每一项上增加权重，其权重值 等于判断大于门槛值瞬间各相的参考电流变化率。
[0019] 所述步骤（3)中，具体方法为在价值函数上添加权重，如下所示：
[0020] f=r^aIiO I) _ I + 1? (k+ I) - 4 I + A-C (k+ I) -Ic | ( 2)
[0021] 式中，Ub和人。为公式中每一项的权重，其取值根据参考值的变化率来选取， i a(k+l)、ib(k+l)和ic(k+l)为预测电流；ia' ib，i:为参考电流。
[0022] 所述步骤（3)中，当判断采用有权重价值函数后，在一个预设的固定时间长度内 一直采用此函数，直到这一时段结束才重新实测和判断。
[0023] 本发明的有益效果为：
[0024] 本发明通过在价值函数上添加适当的权重来构成一个新的价值函数，与传统的价 值函数相比，在参考值发生较大变化时，本方法可以有效地减少追踪时间。
【附图说明】
[0025] 图1为模型预测控制原理；
[0026] 图2为三相逆变器的电压矢量；
[0027] 图3为三相并网逆变器的模型预测控制结构图；
[0028] 图4为模型预测控制快速算法流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0030] 模型预测控制是一种基于模型、滚动实施并结合反馈校正的优化控制算法。假设 系统的采样周期为Ts，系统变量在tk时刻的值为x(k)，系统共有有限的n种控制策略S p S2、S3~Sn，如图1所示。在tk时刻，系统根据预测模型