一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法

1.本发明涉及逆变器控制领域，具体涉及一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法。


背景技术：

2.随着世界能源转型脚步的加快，新能源发电及其相关技术得到了广泛的关注，新能源发电开始由集中式往分布式发展，对中小功率并网逆变器的性能提出了更严苛的要求。随着研究的深入，模型预测控制在并网逆变器的应用得到了国内外学者的广泛关注。比起传统的电压定向控制、直接功率控制等算法，模型预测控制在动态响应速度与多目标控制等方面具有显著优势。模型预测控制的关键在于预测下一时刻系统状态并选取最优的控制输入，模型参数的精确度直接决定了该方法的控制精度，如何改善模型预测控制对模型参数的敏感程度，进而提升系统的鲁棒性，已经成为国内外学者的研究热点。特别对于并网逆变器，其预测模型主要涉及网侧滤波电感的感值与内阻两项参数，比较而言，网侧滤波电感感值对控制精度的影响要远大于其内阻。


技术实现要素：

3.技术问题：本发明的目的是为并网逆变器提供一种计及电感参数校正的预测电流控制方法，对电感参数进行实时校正，提升系统的鲁棒性。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下一种计及电感参数校正的预测电流控制方法，包括如下步骤：步骤1，通过传感单元，采集逆变器直流侧电压、交流侧三相电流与交流侧三相电压信息；步骤2，根据交流侧a相电压，计算交流侧电压相位角，为系统提供相位参考；步骤3，根据交流侧电压相位角，计算交流侧电压与交流侧电流的dq轴分量；步骤4，根据并网功率参考值，计算交流侧电流dq轴分量参考值；步骤5，根据交流侧电流q轴分量参考值与交流侧电流q轴分量实际值之间误差对电感参数进行校正；步骤6，利用预测模型，计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的交流侧电流预测值的dq轴分量；步骤7，根据交流侧电流预测值，计算价值函数并选取最优电压矢量，将其开关状态作用于逆变器，控制系统运行。
5.步骤1中，所述逆变器交流侧三相电流通过电流传感器采集。
6.步骤2中，计算交流侧电压相位角，具体包含以下步骤：通过二阶广义积分器计算与交流侧a相电压同相位的同相虚拟电压u
α
、滞后于交
流侧a相电压的垂直虚拟电压u
β
： (1)式中，ea为交流侧a相电压，ωg为交流侧电压角频率，k为可调系数，s为复频率；利用反正切函数计算交流侧电压相位角：(2)式中，θ为网侧电压相位角。
7.步骤3中，计算交流侧电压与交流侧电流的dq轴分量的具体方法为：通过下式计算交流侧电压的dq轴分量：(3)式中，ed与eq为交流侧电压的dq轴分量，ea、eb、ec分别为交流侧a相、b相、c相电压；通过下式计算交流侧电流的dq轴分量：(4)式中，ia、ib与ic表示交流侧三相电流值，id与iq为交流侧电流的dq轴分量。
8.步骤4中，计算交流侧电流dq轴分量参考值的具体方法为：根据并网有功功率与无功功率参考值，p
*
与q
*
，计算交流侧电流的dq轴分量参考值：(5)式中，与分别为交流侧电流的dq轴分量参考值。
9.步骤5中，对电感参数进行校正，具体包含以下步骤：计算交流侧电流q轴分量参考值与实际值之间的误差：(6)式中，δiq为交流侧电流q轴分量参考值与实际值之间误差，iq为交流侧电流的q轴分量，为交流侧电流的q轴分量参考值；计算电感参数的反馈值：(7)式中，δl为电感参数反馈值，ki为积分系数；校正电感参数： (8)
式中，为电感参数校正值，l0为电感参数初始值。
10.步骤6中，计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的交流侧电流预测值的dq轴分量具体方法为：利用电流预测模型计算电流预测值dq轴分量： (9)式中，ts为采样周期，与分别为电压矢量vi对应的预测电流值d、q轴分量，r为交流侧滤波电感内阻，与分别为电压矢量vi的d、q轴分量，下标。
11.步骤7中选取最优电压矢量，具体包含以下步骤：计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的价值函数：(10)比较价值函数值，选取最优电压矢量： (11)式中，v
opt
为最优电压矢量，与分别为交流侧电流的d、q轴分量参考值。
12.所述最优电压矢量，若最优电压矢量为零矢量v0，则通过判断上一时刻作用电压矢量情况，进一步从v0与v7中选取零矢量： (12)式中，为上一时刻作用的电压矢量。
13.所述电压矢量，其开关状态具体是：开关状态由三位二进制数[s
a s
b sc]表示，s
k = 1表示逆变器k相上桥臂开关导通且下桥臂开关关断，k = a, b, c ，指逆变器的abc三相；s
k = 0表示逆变器k相上桥臂开关关断且下桥臂开关导通；v0对应的逆变器开关状态为[0 0 0]，v1对应的逆变器开关状态为[1 0 0]，v2对应的逆变器开关状态为[1 1 0]，v3对应的逆变器开关状态为[0 1 0]，v4对应的逆变器开关状态为[0 1 1]，v5对应的逆变器开关状态为[0 0 1]，v6对应的逆变器开关状态为[1 0 1]，v7对应的逆变器开关状态为[1 1 1]。
[0014]
有益效果：本发明提供一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，根据交流侧电流q轴分量参考值与实际值之间的误差对电感参数进行实时校正，结构简单，仅需加入一个积分环节，即可对电感参数进行校正，能够显著提高系统鲁棒性。
附图说明
[0015]
图1为本发明的实施流程图；图2为本发明的锁相环仿真结果；图3为本发明的电感参数校正仿真结果；图4为本发明的交流侧电流dq轴分量仿真结果；
图5为传统模型预测控制的交流侧电流dq轴分量仿真结果，电感参数为150%额定值；图6为传统模型预测控制的交流侧电流dq轴分量仿真结果，电感参数为50%额定值。
具体实施方式
[0016]
结合图1所示，本发明提供了一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，包含以下步骤：步骤1，通过传感单元，采集逆变器直流侧电压、交流侧三相电流与交流侧三相电压等信息，具体的，通过电压传感器采集逆变器直流侧电压与交流侧三相电压，通过电流传感器采集逆变器交流侧三相电流；步骤2，根据交流侧a相电压，计算交流侧电压相位角，为系统提供相位参考,具体的，计算交流侧电压相位角，包含以下步骤：通过二阶广义积分器计算与交流侧a相电压同相位的同相虚拟电压u
α
、滞后于交流侧a相电压的垂直虚拟电压u
β
：(1)式中，ea为交流侧a相电压，ωg为交流侧电压角频率，k为可调系数,s为复频率；利用反正切函数计算交流侧电压相位角：(2)式中，θ为网侧电压相位角。
[0017]
步骤3，根据交流侧电压相位角，计算交流侧电压与交流侧电流的dq轴分量，具体的，计算交流侧电压与电流的dq轴分量的方法为：通过下式计算交流侧电压的dq轴分量：(3)式中，ed与eq为交流侧电压的dq轴分量，eb与ec分别为交流侧b相与c相电压；通过下式计算交流侧电流的dq轴分量：(4)式中，ia、ib与ic表示交流侧三相电流值，id与iq为交流侧电流的dq轴分量。
[0018]
步骤4，根据并网功率参考值，计算交流侧电流dq轴分量参考值，具体的，计算交流侧电流dq轴分量参考值的具体方法为：
根据并网有功功率与无功功率参考值，p
*
与q
*
，计算交流侧电流的dq轴分量参考值： (5)式中，与为交流侧电流的dq轴分量参考值。
[0019]
步骤5，根据交流侧电流q轴分量参考值与交流侧电流q轴分量实际值之间误差对电感参数进行校正，包含以下步骤：计算交流侧电流q轴分量参考值与实际值之间的误差：(6)式中，δiq为交流侧电流q轴分量误差；计算电感参数的反馈值：(7)式中，δl为电感参数反馈值，ki为积分系数；校正电感参数：(8)式中，为电感参数校正值，l0为电感参数初始值。
[0020]
步骤6，利用预测模型，计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的交流侧电流预测值的dq轴分量，具体方法为：利用电流预测模型计算电流预测值：(9)式中，ts为采样周期，与为电压矢量vi对应的预测电流值，r为交流侧滤波电感内阻，与为电压矢量vi的dq轴分量，下标。
[0021]
步骤7，根据交流侧电流预测值，计算价值函数并选取最优电压矢量，将其开关状态作用于逆变器，控制系统运行，具体包含以下步骤：计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的价值函数：(10)比较价值函数值，选取最优电压矢量：(11)式中，v
opt
为最优电压矢量；若v
opt = v0，则通过判断上一时刻作用电压矢量情况，进一步选取从v0与v7中选取零矢量： (12)式中，为上一时刻作用的电压矢量；所述开关状态由三位二进制数[s
a s
b sc]表示，s
k = 1(k = a, b, c)表示逆变器
k相上桥臂开关导通且下桥臂开关关断，s
k = 0表示逆变器k相上桥臂开关关断且下桥臂开关导通，v0对应的逆变器开关状态为[0 0 0]，v1对应的逆变器开关状态为[1 0 0]，v2对应的逆变器开关状态为[1 1 0]，v3对应的逆变器开关状态为[0 1 0]，v4对应的逆变器开关状态为[0 1 1]，v5对应的逆变器开关状态为[0 0 1]，v6对应的逆变器开关状态为[1 0 1]，v7对应的逆变器开关状态为[1 1 1]。
[0022]
本发明实施例仿真条件如表1所示。仿真结果如图2至图4所示，可以看出，本发明提供方法能够精准锁定电网相位，快速校正电感值至真实值，且交流侧电流dq轴分量准确跟踪其给定值。
[0023]
表1项目数值备注网侧电压311v/50hz峰值/频率网侧滤波电感5mh/0.1ω感值/内阻电感初值l07.5mh150%额定值并网功率参考值10kw/0var有功/无功直流母线电压700v采样频率10khz图5所示为l = 7.5mh（150%额定值）且不加入校正环节的交流侧电流dq轴分量仿真波形，图6所示为l = 2.5mh（50%额定值）且不加入校正环节的交流侧电流dq轴分量仿真波形，可以看出，当电感参数不匹配时，d轴分量出现明显的稳态跟踪误差，无法跟踪至参考值，q轴分量控制效果较差，相较而言，本发明提供方法通过在线校正电感参数的方式，实现dq轴电流的准确跟踪。
[0024]
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
[0025]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0026]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
[0027]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

技术特征：
1.一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：步骤1，通过传感单元，采集逆变器直流侧电压、交流侧三相电流与交流侧三相电压信息；步骤2，根据交流侧a相电压，计算交流侧电压相位角，为系统提供相位参考；步骤3，根据交流侧电压相位角，计算交流侧电压与交流侧电流的dq轴分量；步骤4，根据并网功率参考值，计算交流侧电流dq轴分量参考值；步骤5，根据交流侧电流q轴分量参考值与交流侧电流q轴分量实际值之间误差对电感参数进行校正；步骤6，利用预测模型，计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的交流侧电流预测值的dq轴分量；步骤7，根据交流侧电流预测值，计算价值函数并选取最优电压矢量，将其开关状态作用于逆变器，控制系统运行。2.根据权利要求1所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤1中，所述逆变器交流侧三相电流通过电流传感器采集。3.根据权利要求1所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤2中，计算交流侧电压相位角，具体包含以下步骤：通过二阶广义积分器计算与交流侧a相电压同相位的同相虚拟电压u
α
、滞后于交流侧a相电压的垂直虚拟电压u
β
： (1)式中，e
a
为交流侧a相电压，ω
g
为交流侧电压角频率，k为可调系数，s为复频率；利用反正切函数计算交流侧电压相位角： (2)式中，θ为网侧电压相位角。4.根据权利要求1所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤3中，计算交流侧电压与交流侧电流的dq轴分量的具体方法为：通过下式计算交流侧电压的dq轴分量： (3)式中，e
d
与e
q
为交流侧电压的dq轴分量，e
a
、e
b
、e
c
分别为交流侧a相、b相、c相电压；通过下式计算交流侧电流的dq轴分量： (4)式中，i
a
、i
b
与i
c
表示交流侧三相电流值，i
d
与i
q
为交流侧电流的dq轴分量。
5.根据权利要求1或4所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤4中，计算交流侧电流dq轴分量参考值的具体方法为：根据并网有功功率与无功功率参考值，p
*
与q
*
，计算交流侧电流的dq轴分量参考值： (5)式中，与分别为交流侧电流的dq轴分量参考值。6.根据权利要求1或5所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤5中，对电感参数进行校正，具体包含以下步骤：计算交流侧电流q轴分量参考值与实际值之间的误差：(6)式中，δi
q
为交流侧电流q轴分量参考值与实际值之间误差，i
q
为交流侧电流的q轴分量，为交流侧电流的q轴分量参考值；计算电感参数的反馈值： (7)式中，δl为电感参数反馈值，k
i
为积分系数；校正电感参数：(8)式中，为电感参数校正值，l0为电感参数初始值。7.根据权利要求1或6所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤6中，计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的交流侧电流预测值的dq轴分量具体方法为：利用电流预测模型计算电流预测值dq轴分量： (9)式中，t
s
为采样周期，与分别为电压矢量v
i
对应的预测电流值d、q轴分量，r为交流侧滤波电感内阻，与分别为电压矢量v
i
的d、q轴分量，下标。8.根据权利要求1或7所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，步骤7中选取最优电压矢量，具体包含以下步骤：计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的价值函数： (10)比较价值函数值，选取最优电压矢量： (11)式中，v
opt
为最优电压矢量，与分别为交流侧电流的d、q轴分量参考值。9.根据权利要求8所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其
特征在于，所述最优电压矢量，若最优电压矢量为零矢量v0，则通过判断上一时刻作用电压矢量情况，进一步从v0与v7中选取零矢量：(12)式中，为上一时刻作用的电压矢量。10.根据权利要求9所述的一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，其特征在于，所述电压矢量，其开关状态具体是：开关状态由三位二进制数[s
a
s
b
s
c
]表示，s
k = 1表示逆变器k相上桥臂开关导通且下桥臂开关关断，k = a, b, c ，指逆变器的abc三相；s
k = 0表示逆变器k相上桥臂开关关断且下桥臂开关导通；v0对应的逆变器开关状态为[0 0 0]，v1对应的逆变器开关状态为[1 0 0]，v2对应的逆变器开关状态为[1 1 0]，v3对应的逆变器开关状态为[0 1 0]，v4对应的逆变器开关状态为[0 1 1]，v5对应的逆变器开关状态为[0 0 1]，v6对应的逆变器开关状态为[1 0 1]，v7对应的逆变器开关状态为[1 1 1]。

技术总结
本发明公开了一种计及电感参数校正的并网逆变器预测电流控制方法，涉及逆变器控制技术领域。本发明包括：采集逆变器直流侧电压、交流侧电流与电压等信息；计算交流侧电压相位角；计算交流侧电压与电流的dq轴分量；计算交流侧电流dq轴分量参考值；校正电感参数；计算零电压矢量和六个非零电压矢量对应的交流电流预测值；选取最优电压矢量，并作用于逆变器。本方法通过在线校正电感参数的方法，克服传统模型预测电流控制对参数敏感的缺陷，能够有效提高系统鲁棒性。提高系统鲁棒性。提高系统鲁棒性。


技术研发人员：阳辉 刘兴 全相军 林鹤云
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/13