【《光伏并网逆变器模型预测控制多目标协调控制策略分析案例》2300字（论文）】

光伏并网逆变器模型预测控制多目标协调控制策略分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u24695光伏并网逆变器模型预测控制多目标协调控制策略分析案例 1308441.1模型预测控制多目标协调控制 1165231.1.1模型预测多目标协调控制基本原理 1163091.1.2两步延时补偿 2258951.1.3降低开关频率 2207871.2仿真结果及分析 4267131.2.1延时补偿算法仿真 4326921.2.2降低开关频率仿真 7模型预测电流控制方案在仿真运行后，需要进行大量计算，造成动作延时。如果不考虑计算引起的延迟，将会影响系统的控制性能。同时，为使系统获得更高的效率，通过降低开关频率以减少开关损耗。采用模型预测多目标协调控制策略来解决上述问题。该控制策略不仅可以实现电流控制，而且可以降低开关频率和进行延时补偿，优化系统的控制性能。1.1模型预测控制多目标协调控制模型预测控制的一个显著优势是单一代价函数可以同时控制多个目标或约束条件[20]。通过这种方式，它可以在实现典型电流控制的基础上再实现附加的控制要求（如降低开关频率等）。只需要根据控制要求优化代价函数，就可以很容易地实现多目标协调控制。1.1.1模型预测多目标协调控制基本原理模型预测多目标协调控制结构图如图4-1所示，在模型预测电流控制结构图的基础上用实线框内的两步预测和改进后的代价函数代替原来的代价函数。在tk时刻通过采集电网电压和逆变器输出电流来预测第（k+1）时刻的电流值，以此电流值最为新的预测起点，即第二步预测，预测所有开关状态在第（k+2）时刻的电流值，并将其作为代价函数的输入，再通过在代价函数增加附加限制条件来降低开关频率，使代价函数最小化的开关状态被应用于第（k+1）时刻。1.1.2两步延时补偿基于并网逆变器的模型预测电流控制方案实施后，因计算量大而导致控制器在执行控制算法时会有一定延时[36][37]。由于这种延迟，无补偿控制算法所选择的最佳开关状态组合在应用于三相逆变器时就会失去其最优性，从而导致由控制算法确定的最佳响应曲线偏离参考值，最终影响到系统的控制性能。图4-1基于α-β坐标系的模型预测多目标协调控制结构图为了减小计算延时对系统性能的影响，采用两步预测来补偿预测模型的延时误差，即在获得tk+1时刻的电流预测值后继续预测tk+2时刻所有可能的开关状态对应的电流预测值。tk+2时刻的电流预测函数为：（4-1）其中，由于电网频率低于采样频率，这里假设在一个采样周期内电网电压不会发生很大改变，因而可以假设e(k)=e(k+1)。1.1.3降低开关频率在与电网相连的光伏发电系统中，开关频率越低，系统的功率损耗就越小，可以获得更高的功率转换效率[38]。因此，为了提高系统效率，在保证系统稳定和跟踪性能的条件下，应尽可能降低系统损耗。最直接的方法是在代价函数中建立开关矢量与系统损耗之间的关系，但这种关系的建立非常复杂REF_Ref20286\w\h[26]。常采用减少开关的切换次数来间接替代，也就是说，在代价函数中加入附加约束条件n来减少开关频率。（4-2）式中，Sik+1和Sik+2分别为tk+1时刻和tk+2时刻的开关状态。在预测电流控制的基础上，通过优化代价函数可以同时实现延时补偿和降低开关频率，当代价函数中增加使开关频率降低的附加项n后，采用电流误差的二次方值实现更精准的参考跟踪REF_Ref28771\w\h[12]。因此，改进后的代价函数如下：（4-3）式（4-3）中，次要项n对应由当前状态转向未来状态所涉及的预测开关数量、λ为权重系数。采用误差二次方值是为更准确的参考跟踪。增大相关权重系数λ后，该项在代价函数中的重要性也将提高，开关频率随之降低，该效果可以图4-2中能够看出。通过多次仿真获得该图，开始时λ=0，且每次仿真后该值将逐渐增大。从这些结果中可以看出，开关频率降低将导致更高程度的畸变，从而影响输出电流的质量。如图4-2左图所示，首先在以0为起点的某一范围内进行仿真，每次以0.05为单位等幅度增长，但当权重系数大于0.55以后，根据仿真得并网电流谐波大于5%不满足并网要求，不再继续增大权重系数进行仿真，由此得出最优权重系数λ的大概存在区间为0.40≤λ≤0.0.50；再将这个区间以单位长度为0.005等幅度划分进行仿真，如图4-2右图所示，最终找到最优权重系数λ=0.455。在该应用中，也可以通过选择λ来获得指定开关频率。图4-2不同权重系数对于平均开关频率与电流总谐波畸变率的影响根据上述内容修改光伏并网逆变器预测电流控制算法，实现延时补偿和降低开关频率，其控制流程图如图4-3所示。1.2仿真结果及分析1.2.1延时补偿算法仿真为验证计算延时对系统性能的影响，进行如下仿真：对比观察加入延迟补偿前后电流的纹波，加入延时补偿前的仿真结果如图4-4所示；加入延时补偿后的仿真结果如图4-5所示。三相参考电流幅值在0~0.1s时为10A，0.1~0.2s时为15A，直流侧电压为150V，系统其余仿真参数依旧设置为表3.1所示的参数。图4-3光伏并网逆变器模型预测多目标协调控制算法流程图（a）三相参考电流与并网电流(b)逆变器输出并网电流谐波图4-410kHz不加延时补偿（a）三相参考电流与并网电流(b)逆变器输出并网电流谐波图4-510kHz加延时补偿由图4-4和图4-5仿真结果对比可得，加入延时补偿能够明显减小输出电流纹波，电流THD从2.78%降至2.69%，有一定程度的降低，且电流动态变化时跟踪效果依旧良好，对系统控制性能有一定程度的改善。1.2.2降低开关频率仿真在加入延时补偿的基础上，应用式(2-11)所示的代价函数进行仿真，设置权重系数λ=0.455，与没有附加项的仿真结果对比分析。未加附加项的仿真结果如图4-6所示，加入附加项的仿真结果如图4-7所示。（a）三相参考电流与并网电流(b)逆变器输出并网电流谐波图4-610kHz延时补偿基础上不降低开关频率（a）三相参考电流与并网电流波形(b)逆变器输出并网电流谐波图4-710kHz延时补偿基础上加降低开关频率(λ=0.455)表4.1仿真结果对比表不加入附加项加入附加项平均开关频率/Hz29952185并网电流谐波/%2.693.87由表4