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光伏并网逆变器模型功率预测控制研究

作者:本站原创     文章来源:本站原创    更新时间:2015年12月10日     
内容预览

张可可 
(江南大学,轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏省,无锡市,214122)
摘 要:针对三相电压型并网逆变器,采用了一种模型功率预测控制策略。首先,在dq旋转坐标系下建立了三相电压型逆变器的瞬时功率数学模型。其次,引入预测控制目标函数g对逆变器瞬时有功功率和瞬时无功功率进行在线预测,选取最优控制目标函数对逆变器在下一周期进行控制,实现了对指令有功功率和指令无功功率快速、精确跟踪。最后,仿真和实验结果表明:采用模型预测功率控制算法使并网电流具有很好的稳态特性和较低的谐波畸变率。
关键词:光伏;并网;模型预测控制;功率控制
中图分类号:           文献标识码:           文章编号:
Model power predictive control of three-phase voltage-source Grid-connected inverters
ZHANG Keke
(Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi, China 214122)
Abstract: A model power predictive control is proposed for Three-phase voltage-source Grid-connected inverters. First, the Instantaneous active power mathematical model of Three-phase voltage-source inverters is constructed. Second, the predictive control function g is proposed in instantaneous active power and instantaneous reactive power by using online prediction, and then selecting the optimal predictive control for the next cycle, which implements instruction active and reactive power tracking quickly and accurately. Finally, simulation and experimental results show that using model power predictive control algorithm enables grid current to obtain good steady state characteristics and low THD.
Keywords: Three-phase inverters; Grid-connected; Model predictive control; Power control

1   引   言
   
随着一次能源的不断消耗,能源危机不断加剧,迫切需要对新能源大力研究与开发。这样不仅可以解决能源危机问题,还可以提高对环境的保护。最近几年,世界各国都致力对光伏太阳能,风能做了大量的研究。而并网逆变器的研制,成为了新能源发电技术中的关键技术之一。因此研究逆变器的并网技术具有重要意义和实用价值。
三相并网逆变器的控制技术主要有:采用电压空间矢量分析,采用滞环的控制方法,和采用其他的复合控制算法。但采用电压空间矢量(SVPWM)增加了系统设计的复杂程度,系统的静态性能和动态性能取决于电流PI调节器的调节[1-2]。采用滞环的控制方法虽然有良好的动态性能,但采样频率高且开关频率不固定造成滤波器的设计困难[3-4]。由于模型预测控制(MPC)是一种新型的控制方法,近几年得到了国内外学者的广泛关注,它是对所建模型采用在线预测估算,其算法简单,易数字化实现,且具有较好的系统动态特性,静态特性和很强的鲁棒特性[5]。
本文首先对三相电压型逆变器进行数学建模和理论分析。推导出三相并网逆变器的瞬时功率数学模型,提出了模型功率预测控制的策略, 选择最优目标控制函数对逆变器控制。最后,采用实验验证理论结果。
2逆并网逆变器模型预测功率控制
2.1三相并网逆变器的数学建模
 
三相电压型并网逆变器主电路图如图1所示。L为网侧滤波电感,R为逆变器线路和滤波电感上的总电阻,Udc为直流母线电压。e为电网电压。Si(i=a,b,c)为逆变器开关管的导通函数。为了方面讨论,令Si=1,上桥臂导通,下桥臂关断;Si=0,上桥臂关断,下桥臂导通。
 
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