[发明专利]一种LCL型电池储能变流器的模型预测控制方法

说明书

本发明提供一种LCL型电池储能变流器的模型预测控制方法，通过构造一个中间变量（磁链）实现对电网电压的估算，以此作为改进有限控制集模型预测控制算法的基础。然后将估算出的电网电压经过一个延时补偿环节，以此消除计算延时对系统性能的影响，从而提高入网电流的质量。本发明采用磁链进行锁相，进而估算出电网电压相位信息，实现入网电流与电网电压同相。采用本发明中的电网电压估算、基于磁链进行锁相与延时补偿相结合的方法可以实现无电网电压传感器控制，并且在减少传感器数量、降低成本的同时，还可以提高入网电流的质量以及实现电网电流单位功率因数入网。

技术领域

本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体涉及一种应用于LCL型电池储能变流器，以无电网电压传感器、实现电网电流单位功率因数入网、提高系统性能为目标的改进有限控制集模型预测控制算法。

背景技术

随着新能源不可调度的波动功率带来的负面影响日益严重，电池储能技术引起了人们的广泛关注。储能变流器作为电池与电网的接口，其控制性能的好坏直接影响发电系统输出的电能质量，因此，选择一种合适的控制策略十分重要。近年来，以模型预测控制、滑模控制、无源控制等为代表的非线性控制策略大量应用于储能变流器控制中。其中，模型预测控制的应用与计算速度密切相关，比如最近几年随着DSP、FPGA计算速度的提高，模型预测控制被大量研究应用。模型预测控制算法主要可分为有限控制集模型预测控制和连续控制集模型预测控制，其中，相对于后者，前者具有不需要调制、控制方法实现简单、动态性能良好，且能够很好的处理多变量和非线性约束等优点，因此有限控制集模型预测控制研究应用的更广。

然而，传统的用于LCL型储能变流器的有限控制集模型预测控制并没有考虑到计算延时对系统性能造成的影响，而且需要的传感器数量过多，大大增加了成本和复杂性。由于电流传感器采样的电流信号一般要用于过流保护，无法去除，因此通常采用无电网电压传感器控制方法来减少电压传感器数量。为了实现无电网电压传感器控制，需要得到电网电压相位信息。一种简单的方法是采用过零点检测，但是过零点检测每一个半波只检测一次，后一个半波的信息丢失，一旦电网电压不平衡或电网电压畸变，很难获取电网的相位信息。而锁相环能在电网电压不平衡或电网电压畸变时，通过调节带宽，获得满意的效果，因此通常采用基于电网电压的锁相环获得电网电压相位信息，该常规方法并不适用没有使用电网电压传感器的情况。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种LCL型电池储能变流器的模型预测控制方法，是一种不用电网电压传感器，用于电池储能变流器，并提高入网电流质量的改进有限控制集模型预测控制算法。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供LCL型电池储能变流器的模型预测控制方法，包括电网电压估算、电网电压相位角估算以及带延时补偿的有限控制集模型预测控制，其中电网电压估算包括如下步骤：

步骤1、对电路中的电气物理量进行采样调理，电气物理量包括：直流母线电压U_dc，三相两电平电路相桥臂输出电压v_i，流过逆变器侧电感的三相电流i₁，入网电流即流过网侧电感的三相电流i₂，电容两端的电压u_c；对所采样的物理量进行模数转换，之后对控制器中模数转换模块得到的数值进行换算和数值处理，获取i_1a，i_1b，i_2a，i_2b，u_ca，u_cb的瞬时值；

步骤2、计算出i_1c、i_2c、u_cc；

i_1c＝-(i_1a+i_1b) (9)

i_2c＝-(i_2a+i_2b) (10)