[发明专利]一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法

权利要求书

1.一种基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，对电网逆变过程所涉及的锁相环、电流控制器、电压源逆变器、LCL滤波器组成部分运用基尔霍夫定律并结合同步坐标变换，得出dq轴电流所满足的微分方程；将开关谐波干扰的动态特性与dq轴电流微分方程结合，建立面向电流跟踪控制的状态空间模型；

第二步，根据电流跟踪控制的状态空间模型和开关谐波干扰的动态特性，设计谐波干扰观测器，对逆变器开关动作所产生的谐波干扰进行实时估计与补偿；

第三步，基于电网中存在的电压波动、电压突变和电压闪动的不确定因素，根据第一步的电流跟踪控制的状态空间模型，设计模型预测控制器，保证不确定因素下电网电流跟踪控制的鲁棒性；

第四步，将第二步的谐波干扰观测器与第三步的模型预测控制器复合，得到含谐波干扰前馈补偿项的复合预测控制律，实现逆变器开关谐波与电网电压未知波动的同时补偿与抑制；

所述第一步中，dq轴电流微分方程为：

其中w_d和w_q代表系统产生的谐波干扰w在dq轴的映射，L_T＝L_g+L_c，L_g、L_c分别为LCL滤波器电网端的电感值和逆变器侧的电感值，R_T＝r_g+r_c，r_g、r_c分别为LCL滤波器电网端的电阻值和逆变器侧的电阻值，u_cd和u_cq分别为dq轴输入电压，u_gd和u_gq分别为dq轴电网电压，i_gd和i_gq分别为dq轴电网电流；

电流跟踪控制的状态空间模型为：

y＝Cx

其中：

状态向量x＝[i_q,i_d]，输入向量u＝[U_cd,U_cq]，其中U_cd＝u_cd-u_gd,U_cq＝u_cq-u_gq,u_cd和u_cq分别为dq轴输入电压，u_gd和u_gq分别为dq轴电网电压，谐波干扰w₀＝[w_d,w_q]，w_d、w_q分别为dq轴所受到的谐波干扰，L_T＝L_g+L_c，R_T＝r_g+r_c，r_c和r_g是逆变器和电网电感的等效电阻。

2.根据权利要求1所述的基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，其特征在于：所述第二步中，设计干扰观测器如下：

其中为干扰估计值，u为并网逆变器系统的控制输入，A、B为后续推导过程中的状态空间方程的矩阵A、B，x为状态向量，L为设计值，决定极点位置，z为中间变量，设计L值，让LB为Hurwitz矩阵或符号为负，使得干扰的估计值逼近干扰真值，即当LB矩阵为负或是Hurwitz矩阵时，让估计的干扰值更加精确。

3.根据权利要求1所述的基于谐波干扰观测器的电网电流复合预测控制方法，其特征在于：所述第三步中，模型预测控制器，针对电网模型进行预测控制器设计和在线控制，模型预测控制算法如下：

将问题变为凸二次规划问题，对凸二次规划问题求解，得到的U_k的第一个元素提取出来，作为本控制周期的控制量，再进行循环，在下一时刻再进行上述步骤，得到当前时刻的控制量，在线滚动优化，得到实时的控制结果，其中U_k为预测时域内的控制量，H和f^T为约束项；

U_k＝[u(k|k)^Tu(k+1|k)^T…u(k+M-1|k)^Tu(k+M|k)^T…u(k+P-1|k)^T]^T，P为预测时域，M为控制时域，括号中的u(k+1|k)表示在k时刻预测k+1时刻的控制量，以此类推；

H＝2(Θ^TQΘ+W)

f^T＝2E^TQΘ

其中E＝Ψx(k)-R_k，x(k)为系统k时刻状态，R_k＝[r(k+1)^T r(k+2)^T…r(k+P)^T]^T为预测时域内的参考序列，r(k+1)代表k+1时刻的参考值，以此类推，

为离散化后的系统状态矩阵，Q、W为求解优化问题的约束矩阵。