[发明专利]储能变换器有限控制集模型预测控制方法

说明书

本发明提出了一种储能变换器有限控制集模型预测控制方法，包括以下步骤：采样变换器侧电流及电网电压，并根据状态变量估计方法估计电容电压及电网电流；根据采样得到的电网电压近似计算储能变换器的电压矢量，从而从有限控制集中初步筛选储能变换器的输出电压矢量；根据估计的电容电压及电网电流构建预测模型及代价函数，将初步筛选的储能变换器输出电压矢量中使得代价函数数值最小的电压矢量作为储能变换器的最优输出电压矢量，并于下个周期内激活。本发明可以减少传感器数量，降低成本，提高系统的可靠性，并减轻算法的复杂度，大大减少储能变换器控制算法的计算时间，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及新能源电能双向并网型电力电子变换设备技术领域，尤其涉及一种T型三电平储能变换器的简化有限控制集模型预测控制方法。

背景技术

储能变换器是电池储能系统中的关键部件之一，是电池与交流电网的接口部件，可实现能量从直流到交流的双向传输。有限控制集模型预测控制是一种典型的非线性控制算法，在工业界已被大量应用。该控制方法与传统PI控制不同，基于模型预测下一周期的并网电流，然后根据预测结果选取最优控制量，物理含义明确，性能优秀。

传统的有限控制集模型预测控制需采集变换器侧电流、电容电压和电网电流三个变量，后根据代价函数选取最优矢量，传感器数量增加，大大增加了系统成本和复杂性。另一方面，传统的有限控制集模型预测控制应用于T型三电平电路，需要遍历27个矢量，耗时太久，限制了该方法的应用。

发明内容

本发明提出了一种储能变换器有限控制集模型预测控制方法，采用状态变量估计方法准确的估计未采样的状态变量，从而减少传感器数量，降低系统的复杂性和成本，同时，本发明简化了有限控制集模型预测控制算法，可以大大减少遍历寻优次数，从而减少储能变换器控制算法的计算时间，提高储能变换器的工作效率。

为了达到上述目的，本发明提出了一种储能变换器有限控制集模型预测控制方法，所述储能变换器为T型三电平储变换器，包括以下步骤：

S1、采样变换器侧电流及电网电压，并根据状态变量估计方法估计电容电压及电网电流；

S2、根据采样得到的电网电压近似计算储能变换器的电压矢量，从而从有限控制集中初步筛选储能变换器的输出电压矢量；

S3、根据估计的电容电压及电网电流构建预测模型及代价函数，将初步筛选的储能变换器输出电压矢量中使得代价函数数值最小的电压矢量作为储能变换器的最优输出电压矢量，并于下个周期内激活。

优选地，所述步骤S1中采样变换器侧电流及电网电压，包括：采集储能变换器的变换器侧电流及电网电压，再经克莱克变换，计算得到静止坐标系下的变换器侧电流及电网电压。

优选地，所述步骤S1中，根据状态变量估计方法估计电容电压及电网电流，具体包括以下步骤：

建立状态变量初步估算模型并估算变换器侧电流；

根据采样得到的变换器侧电流与估算得到的变换器侧电流的电流误差修正该初步估算模型，得到状态变量估计模型；

根据状态变量估计模型估计电容电压及电网电流。

优选地，所述状态变量初步估算模型为：

式中，s＝[i₁ i₂ u_c]^T表示变换器侧电流i₁、电网电流i₂以及电容电压u_c三种状态变量，u_α为采用有限控制集模型预测控制得到的储能变换器最优输出电压的α轴分量，u_β为采用有限控制集模型预测控制得到的储能变换器最优输出电压的β轴分量；