【《基于模型预测控制的微网恒压控制策略案例》2500字】

第第页基于模型预测控制的微网恒压控制策略案例目录TOC\o"1-3"\h\u11135基于模型预测控制的微网恒压控制策略案例 1185721.1模型预测控制介绍 190201.1.1模型预测控制基本原理 1112811.1.2模型预测控制器的设计 2316351.2三相逆变器模型预测电压控制策略 3289261.3三相逆变器模型预测电压控制仿真分析 5161541.1.1模型仿真结果与分析 5315181.1.1两种控制器控制效果对比 61.1模型预测控制介绍1.1.1模型预测控制基本原理随着目前科学技术的快速发展，采用计算机对系统进行计算控制也越来越普遍，这些年来，利用计算机这一工具，出现了很多新型的控制手段，其中一种典型的控制方法是模型预测控制算法，而且该方法在当下复杂的工业生产中获得了普遍的应用。传统的控制方法存在着许多的问题，如果控制对象要求的控制精度要达到很高，而这通常是难以实现的；同时在控制的整个过程中，由于会伴随着结构、数值、外部干扰等一系列影响因素，往往采取的动作是将数学模型进行一定的简化，接着采用等价控制手段，这样虽然可以提高控制的抗干扰能力，但是会显著降低减小控制精度，同时也会影响系统的性能。模型预测控制能够避免前面提到的不足，它采取最佳控制思想，采取在线优化，能够加强控制的精度，进而让控制系统的性能可以得到显著增强。同时模型预测控制还具有计算方便、抗干扰强、控制容易、稳定性高等优点。这些年来，模型预测控制方法广泛应用于电力系统与电力电子技术之中，而且得到了较好的成绩，传统的控制过程中会有着非线性的影响，因此模型的建立需要有比较高的精度。而模型预测控制采取在线优化，降低了对高精度模型的依赖，从而让系统有了更优越的自适应能力以及更好的稳定性。进行模型预测控制时，主要以下三个步骤进行实现：(1)模型预测，在预测控制算法中，需要一个形容对象动态行为的模型，进而预测控制对象未来的状态，即可以依据系统目前的状态信息与未来的输入预测控制对象未来动态。(2)滚动优化，由于采用的有限时域的预测，而且模型存在不确定性与外界环境存在干扰性，得到的优化问题的解不能将其全部时刻的控制量作用于系统，而是将得到的解序列的第一个控制量作用于系统，故这种优化并非全局优化，而是局部优化，虽然这样只能得到全局的次优解，但是由于滚动优化，一直可以把新的控制序列建立在实际的情况上，从而让控制量维持在实际上的最优值。(3)反馈校正，在进行滚动优化的时候，需要将系统的实际输出值与模型预测值进行对比，从而纠正预测的不确定性。由于现实的系统中往往伴随着非线性、时变、外界干扰等影响因素，反馈校正可以纠正预测结果，从而让预测结果更为精确，对系统的优化控制效果也能更好。通过反馈校正，可以减小d基础模型的要求并且提高控制的鲁棒性。1.1.2模型预测控制器的设计（3-1（3-1）（3-2）式中：状态量是m维列向量，控制量是n维列向量，输出量是维列向量，是维系统矩阵，是维输入矩阵，C是维输出矩阵。如果系统可以控制而且能够观测，根据式(3-1)和式(3-2)能够得到系统的结构图，如图1.1所示：图1.1系统结构图由以上的控制介绍，构建的算法过程如下：将式(3-1)代入式(3-2)得式(3-3)：(3-3)设定系统的参考值为，引入参考值是为了实现输出值对参考值的良好追踪。所以价值函数可以按式(3-4)来设计：（3-4）式中：是第时刻的预测值与参考值的绝对值。根据式（3-4）求解得到价值函数时的输入量，并作用于时刻的系统，从而能够实现系统要求的控制效果。1.2三相逆变器模型预测电压控制策略对式（2-2）进行变换为式（3-5）：（3-5）对微分用前相差分法进行离散化为式(3-6)：（3-6）式（3-5）进行离散化处理后化为式（3-7）：（3-7）对式（3-7）进行整理，得离散化数学模型为式（3-8）：（3-8）式中：为第个采样时刻的交流侧电流在两相旋转dq坐标系下的测量值，第个采样时刻的电力电子逆变器件输出电压在两相旋转dq坐标系下的测量值，第个采样时刻的逆变器输出电压在两相旋转dq坐标系下的测量值，第个采样时刻的网侧电流在两相旋转dq坐标系下的预测值。由式（3-8）可以看出电力电子逆变器件的输出电压直接控制的是交流侧电流，而我们需要对逆变器输出电压进行控制，这里可以通过逆变器输出参考电压求出参考功率，通过对功率的控制进而控制逆变器输出电压。对式（2-4）式进行离散化处理后得到式（3-9）：（3-9（3-9）第个采样时刻的逆变器输出功率在两相旋转dq坐标系下的测量值，第个采样时刻的逆变器输出功率在两相旋转dq坐标系下的预测值。由式（3-7）与（3-9）可以得到式（3-10）（3-10）得到有功功率无无功功率的预测值后，和有功功率与无功功率参考值进行对比，即构建价值函数（3-11）（3-11）式（3-11）分别对分别求偏导，并等于零：（3-12）（3-13）将式（3-12）简化方程可得下式：（3-14）可以看出，式中的系数为0，可以从式（3-13）中直接求出。同理可得下式，并可求出。（3-15）这样便得到两相旋转dq坐标系下的电压，再经过反Park变换，得到三相abc坐标系下的电压，再经过脉宽调制模块生成PWM调制波，从而决定IGBT功率管的通断时间，然后驱动开关管来让PCC点电压保持恒定。基于模型预测的电压控制框图如图2.4所示。图1.2模型预测电压控制结构图是给定的有功功率与无功功率，电压外环PI调节器的输出与逆变器参考输出电压vdref,vqref通过功率计算模块得到有功功率与无功功率的参考值，逆变器交流侧输出电流与输出电压经过Park变换后得到与进行计算得到瞬时有功功率与无功功率Q，接着将与角频率输入模型预测控制模块，由此可得两相旋转由坐标系下的电压，再经过反Park变换，得到三相abc坐标系下的电压，再经过脉宽调制模块生成PWM调制波，从而决定IGBT功率管的通断时间，然后驱动开关管来让PCC点电压保持恒定。1.3三相逆变器模型预测电压控制仿真分析采用图2.3所示的主电路模型，利用模型预测控制器对逆变器输出电压加以控制。1.1.1模型仿真结果与分析图1.3逆变器输出电压纵坐标选取是逆变器输出电压的标幺值，由图可以看出所设计的模型预测控制器对电压有着良好的控制效果，可以使逆变器输出电压较好地跟踪参考值。1.1.1两种控制器控制效果对比为验证所设计的模型预测控制器的鲁棒性，在0.3秒时突然增加相同大小的负荷电阻，即并入的负荷电阻，并在0.6秒时突然切除增加的