[发明专利]基于内模理论的电压源变换器直接功率控制方法

说明书

本发明提出了一种基于内模理论的电压源变换器直接功率控制方法，其步骤为：首先，采样k时刻电压源变换器的交流侧电流和电网电压，并根据坐标变换后的交流侧电流和电网电压计算瞬时复功率；其次，根据设置的k时刻和k‑1时刻的瞬时功率参考值计算k+1时刻的瞬时功率参考值；然后，利用内模原理对瞬时功率参考值进行修正，并结合瞬时复功率计算k时刻的参考电压；最后，参考电压经空间矢量调制获得开关信号，作为k时刻的电压源变换器的输入，实现对电压源变换器瞬时功率的无差拍预测控制。本发明通过内模原理对电压源变换器的瞬时功率参考值进行修正，实现了瞬时功率的准确跟踪，改善了交流侧电流相位控制的精度。

技术领域

本发明涉及电压源控制器功率控制技术领域，特别是指一种基于内模理论的电压源变换器直接功率控制方法。

背景技术

近年来，电压源变换器作为一种高性能的能量接口已被广泛应用于分布式可再生能源发电、交流调速和柔性交流输电等领域，电压源变换器的这一广泛应用归因于其具有双向能流控制、交流侧电流低谐波畸变以及无功功率灵活调节能力。

目前，电压源变换器的控制策略主要分为两类：电压定向控制和直接功率控制。其中，直接功率控制由于具有良好的暂态响应性能和高功率因数运行能力而受到了广泛关注。预测直接功率控制是直接功率控制的一个重要分支，它包括基于模型的预测直接功率控制和基于功率变化率的预测直接功率控制。基于功率变化率的预测直接功率控制在一个开关周期内由一个电压矢量序列完成变换器的控制，电压矢量序列的选择和序列中各矢量的执行时间由价值函数最小化决定。基于模型的预测直接功率控制则从变换器数学模型中求取对应功率变化量所需的变换器电压矢量。与基于功率变化率的方法相比，基于模型的预测直接功率控制具有更小的计算负担。

值得注意的是电压源变换器预测控制研究往往假设信号采样时刻和开关状态更新时刻为同一时刻，而这一假设在实际控制系统中是无法实现的，因为信号测量和算法执行不可避免地需要时间，从而产生时延。为解决时延带来的控制策略执行效果恶化问题，国内外学者进行了广泛的探索。文献[J.Hu.Improved dead-beat predictive DPC strategyof grid-connected DC–AC converters with switching loss minimization and delaycompensations[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics,2013,9(2):728–738.]利用采样时刻当前的开关电压序列及相应执行时间预测延时时间段内的瞬时功率变化量，并用于补偿功率估算误差。文献[B.Hu,L.Kang，J.Cheng,et al.Double-step modelpredictive direct power control with delay compensation for three-levelconverter[J].IET Power Electronics,2019,12(4):899-906.]基于时基计数器的值估算程序执行时间，并利用估算时间修正下一时刻实际瞬时功率。文献[1][Y.Tao,Q.Wu,L.Wang,et al.Voltage sensorless predictive direct power control of three-phase PWM converters[J].IET Power Electronics,2016,9(5):1009-1018.]提出了基于当前时刻瞬时功率跟踪误差的下一时刻功率指令修正方法，用于减小时延的影响。