三相四线制PV-AF系统的模型预测电流控制策略

发布时间：2019-10-10 13:02

【摘要】：提出了一种基于模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)的具有有源滤波功能的光伏并网(photovoltaic power generation and active filter,PV-AF)系统控制策略。电流环采用模型预测控制(model predictive control,MPC)方法,在???坐标系下实现对光伏逆变电流指令和谐波补偿电流指令的无静差跟踪,使PV-AF系统将光伏阵列的能量注入交流电网的同时,有效补偿本地并联负载谐波电流。建立了MPC中的预测模型、优化函数等,分析了模型参数对系统稳定性和控制精度的影响。实验结果验证了所提策略的有效性。
【图文】：

框图,控制系统,框图,变流器

kxtx(t)p12()kxtsTsT2S3SnSp22()kxtp32()kxtp42()kxt图2变流器模型预测控制算法原理Fig.2TheprincipleofMPCalgorithmforconverters最接近的值所对应的开关控制信号(如图2中的S3)，，并在tk+1时刻作用于变流器。这种“两步预测法”可以有效解决控制器的延时问题，但必须保证采样周期Ts大于或者等于采样所需时间、两步预测所需时间以及开关控制信号触发所需时间的总和[11-12]。2系统结构及原理本文所述三相四线制PV-AF系统的控制框图如图3所示，其中，ea、eb、ec为电网相电压，ia、ib、ic、in为变流器输出电流，C为变流器直流侧电容，S为隔离开关，L、R分别为变流器输出滤波电感及其等效电阻。系统的工作原理为：1）实时采样光伏阵列输出电压ud和电流id，由最大功率点跟踪(maximalpowerpointtracking，MPPT)环节得到变流器直流侧参考电压du，采用PI控制器跟踪该电压，PI输出与电网电压空间角度合成后得到光伏逆变电流指令pi；与此同时，实时采样并联负载电流，由谐波提取环节得到谐波补偿电流指令hi。2）将pi和hi相加作为电流环的参考电流mi(m=a,b,c)，采用MPC算法实现变流器输出电流无静差跟踪参考电流，使系统将光伏阵列的能量注入交流电网的同时，有效补偿并联负载谐波电流。LdumiCnSaeaiRdiSbicinibeceaecebedumihipi图3控制系统框图Fig.3Blockdiagramofcontrolsystem3MPC控制策略3.1MPC结构采用MPC算法对参考电流进行跟踪，其结构框图如图4所示。图4中：

系统稳定性,采样频率

假设q=105，单独分析w对稳定性的影响。令2222ssJ4T3TL2(w/q)LL(18)首先分析电感L对系统稳定性的影响，当Ts=104s、w=1时，L取不同值时的J-ΔL曲线族如图6所示。可知L越大，电感建模误差ΔL允许值越大，系统越容易稳定，当L≥17mH时，曲线全部在0轴上方，系统始终处于稳定状态。/J01-30123-4-2024L=10mHL=15mHL=17mHL=20mHL=22mHL图6电感L对系统稳定性的影响Fig.6InfluenceofinductanceLonsystemstability当电感值L=18mH、w=1时，fs取不同值时的J-ΔL曲线族如图7所示。可见采样频率越高，电感建模误差ΔL允许值越大，鲁棒性越好。L图7采样频率fs对系统稳定性的影响Fig.7Influenceofsamplingfrequencyfsonsystemstability最后分析控制信号加权w对稳定性的影响。当Ts=104s、L=18mH时，w取不同值时的J-ΔL曲线族如图8所示。w越大，电感建模误差ΔL允许值越大，越容易获得较好的鲁棒性，当w=0.9时，曲线全部在0轴上方。L图8w对系统稳定性的影响Fig.8Influenceofwonsystemstability5实验结果为了验证所提出控制策略的可行性，本文在5kVA三相四线制PV-AF硬件平台上进行了实验研究，实验参数如表1所示。变流器启动前的电网电压和电流波形如图9所示，由于非线性负载的存在，电流发生了明显畸变。四桥臂变流器在进行16次滚动优化时将产生延时，因此需对预测值进行延时补偿，在每个中断周期对变流器输出电流进行两步预测。此时，给定电流须进行二次修正(2)3(1)3()(1)=6()8(1)3(2)mmmmmmmikikikikikikik(19)表1实验参数Tab.1Experimentalparameters参数参数及取值光伏阵列开路电压ud518V电网电压eabc110V(有效值),50Hz
【作者单位】：中国矿业大学信息与电气工程学院;中国矿业大学孙越崎学院;
【基金】：“本科教学工程”国家级大学生创新创业训练计划项目(201310290067)的资助
【分类号】：TM615

【参考文献】