[发明专利]一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法

说明书

本发明公开一种基于ACSF‑MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法，属于逆变器的电流控制技术领域，该系统控制方法采用双模式切换，可以在稳态时对系统电流实现无静差调节，采用简单有效的双PI控制；同时在动态调节时采用定频模型预测，针对并网逆变器预测最优开关序列控制，采用遍历式的寻优方式进行改进，将理想输出的电压矢量与6个扇区的中心矢量之差的模进行比较得到最小的偏差，减少了遍历时的计算量，实现了快速响应。此外，在控制过程中，通过采用改进的模糊补偿获得虚拟参考电流误差补偿值，并作为外环PI输出的电流参考值的补偿量，改善了周期性扰动和电流纹波的问题。

技术领域

本发明涉及逆变器的电流控制技术领域，尤其涉及一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法。

背景技术

随着新能源发电系统以及柔性直流输电(FACTS)装置大量地接入电网，并网逆变器作为桥梁装置，在交流驱动、有源滤波器、静止无功补偿器、电网互联等方面得到了广泛的应用。并网逆变器是将分布式电能传输至电网的重要媒介，实现直流电向交流电的转换功能，是实现可再生能源有效利用的基础，其性能直接影响分布式发电系统的可靠性和稳定性。

逆变器常用的控制方式包括电压型控制和电流型控制。由于电压型控制含有大量低次谐波以及动态性能差等缺点，大多数并网逆变器采用电流型控制方法，即将电网看作无限大的电源，其电压和频率不随着并网逆变器的入网电流变化而变化。目前，主流的电流跟踪控制算法主要包括电流滞环控制、滑模控制、线性控制、预测控制和模糊神经网络控制为代表的人工智能控制算法。MPC的主要思想是利用系统未来所有可能的动作，预测出系统所有可能的输出，然后通过约束条件和性能优化指标等选择未来的最优动作，总体而言是一种最优求解方法。电力电子领域中，控制动作即功率器件的导通和关断，按照开关动作的不同组合，应用于电力电子领域的模型预测控制可以被分为两大类:有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control，简称FCS-MPC)和连续控制集模型预测控制(Continuous Control Set Model Predictive Control，简称CCS-MPC)。FCS-MPC利用功率变换器的有限数量的开关状态特性解决最优控制问题，每个控制周期每个开关状态不变，因此控制动作的总量是有限的，由于每个控制周期内的控制数量有限，得出的不一定是最优解，一个开关周期只选择一组最优开关状态，开关驱动的占空比非零即一，使得输出电流带来纹波。CCS-MPC是在FCS-MPC的控制集中加入时间的元素，使得每个周期开关动作可变。并对其中每个开关状态的作用时间进行控制，使得受控变量沿固定开关周期收敛于参考值。但是上述两种控制方法都没有解决系统模型的不准确情况下的优化问题。

当系统模型准确时，模型预测控制能实现快速、准确跟踪效果，但是无法消除二倍频波动，这时比例积分控制能够实现电流的无静差跟踪并且在稳态情况下采用双PI控制会变得简单有效。在实际过程中，由于器件工艺、温度、不正常运行状态、故障等不确定因素会给系统参数引入难以直接测量的未知偏差，而这些偏差会给系统带来周期性扰动，当扰动过大时会影响控制效果，甚至造成系统崩溃。如何通过一套有效合理的控制方案去控制逆变器在不同工况下实现并网是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统及方法。该方法在连续控制集模型预测控制CCS-MPC的基础上做出改进，提出了自适应恒定开关频率模型预测控制(Adaptive constant switching frequency modelpredictive control，ACSF-MPC)。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于ACSF-MPC和PI双模式切换的逆变器控制系统，该系统结构如图1所示，包括：

数据采集模块，用于采集当前时刻逆变器交流侧的电压、电流值和直流侧的电压值；