【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的。其具有簡(jiǎn)單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。(3) 基于下垂特性的 V/f 控制器設(shè)計(jì)逆變器微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行時(shí)，由于失去了電網(wǎng)支撐，此時(shí)主控型微電源需要轉(zhuǎn)換控制 策略，采用基于下垂特性的 V/f 控制方法，以分擔(dān)并網(wǎng)時(shí)由大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓?率，同時(shí)提供微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率參考。其控制器包括兩個(gè)部分：1）功率控制 器；2）電壓電流雙環(huán)控制器。1）功率控制器的設(shè)計(jì) 由于頻率信號(hào)便于測(cè)量，所以這里采用頻率控制代替相角控制。其設(shè)計(jì)的功率控制器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 Structure flowchart of power controller在圖 中，控制環(huán)中的功率為微電源輸出的瞬時(shí)功率，以提高整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 性，同時(shí)，有功功率 P 和無功功率 Q 須滿足 0≤P≤Pmax 和Qmax≤Q≤Qmax 這兩個(gè)條 件。功率控制器的輸出將作為電壓電流雙環(huán)控制的參考電壓和角頻率。2）電壓電流雙環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 為了改善三相輸出電能，需對(duì)電壓和電流進(jìn)行精確、動(dòng)態(tài)的控制。目前有許多控制策略，最典型的就是電壓電流雙環(huán)控制。其控制器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 Structure flowchart of voltagecurrent doubleloop control16第二章 微電源并網(wǎng)及控制模型 本章小結(jié)本章首先給出一種通用的微電源逆變器模型，并對(duì) PQ 計(jì)算理論和逆變器輸出濾 波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。針對(duì)微電源的不同類型以及微電網(wǎng)的兩種典型運(yùn)行模式，將微電源 分為主控型和功率源型兩類，主控性微電源逆變器采用基于下垂特性的 V/f 控制，功 率源型微電源采用 PQ 控制，并分別給出了兩種控制策略的基本原理和控制器設(shè)計(jì)。17第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制本章利用模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的控制策略。在 每一個(gè)采樣周期內(nèi)，通過事先建立的預(yù)測(cè)模型對(duì)可選擇的控制變量進(jìn)行評(píng)估，使價(jià)值 函數(shù)最小的控制變量將被選擇，在下一個(gè)采樣周期應(yīng)用。該控制策略由于省去了電流 線性控制器和 PWM 調(diào)制模塊，因此，控制方法簡(jiǎn)單，很容易通過數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn) 行實(shí)現(xiàn)。 模型預(yù)測(cè)控制機(jī)理電力電子變換器的控制取決于如何選擇合適的門極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào) S (t) 。模型預(yù)測(cè) 控制機(jī)理如圖 所示，為了敘述方便，我們?cè)O(shè)系統(tǒng)的采樣周期為 Ts ，系統(tǒng)狀態(tài)變量 x(t) 在 tk 時(shí)刻的值為 x(tk ) ，并設(shè)能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制變量存在 n 種可能，且 n有限。定義系統(tǒng)的控制變量 Si (i = 1,188。, n) ，根據(jù)狀態(tài)變量 x(t) 和預(yù)測(cè)函數(shù) f ，可以得到在 tk 時(shí)刻系統(tǒng)所有狀態(tài)變量的預(yù)測(cè)結(jié)果 xi (tk +1 ) = f {x(tk ), Si } , i=1,?, n。預(yù)測(cè)函數(shù) f不限形式，只要能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)功能可以應(yīng)用于模型預(yù)測(cè)控制策略中，通常是根據(jù)系統(tǒng)的 離散化模型和相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)得到。xTsx(t)SS1Tsx1 (tk +1 )x1 (tk +2 )x2 (tk +1 ) S1S2SS3 23x2 (tk +2 )Sx* (t)ntkx3 (tk +1 )Snxn (tk +n )tk +1x3 (tk +2 )xn (tk +n )ttk +2圖 模型預(yù)測(cè)控制原理 Model predictive control principle18第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制為了確定在某一時(shí)刻最佳的控制行為，通常定義一個(gè)價(jià)值函數(shù) fg ， fg 是參考變量x* (t) 和預(yù)測(cè)的狀態(tài)變量 x (t) 之間的函數(shù)，即 g = f{x* (t ), x (t)} .，其中 i=1，?，i k +1i g i k +1i k +1n。比較常用的價(jià)值函數(shù)為參考變量 x* (t) 與預(yù)測(cè)狀態(tài)變量 x (t) 差的二次方，即* 2gi = 233。235。 x (t) xi (tk +1 )249。 。在某一時(shí)刻，系統(tǒng)的 n 個(gè)控制變量值導(dǎo)致 n 個(gè)不同的價(jià)值函數(shù)值 gi ，使價(jià)值函數(shù) gi 最小的控制變量值將在下一個(gè)采樣周期被應(yīng)用。從圖 可以看 出，在 tk 時(shí)刻，控制變量值 S3 使價(jià)值函數(shù) gi 最小，所以 tk 時(shí)刻 S3 被選擇；在 tk +1 時(shí)刻，控制變量值 S2 使價(jià)值函數(shù) gi 最小，所以 tk +1 時(shí)刻控制行為 S2 將被選擇，控制系統(tǒng)將以 同樣的方式在未來的控制周期內(nèi)依次去選擇。 微電源的模型預(yù)測(cè)算法 PQ 模型預(yù)測(cè)控制器根據(jù)基爾霍夫定律，可以建立逆變器的三相電壓電流方程為：233。ia 249。 233。Uia 249。 233。Ulda 249。L d 234。i = 234。U 234。U f dt 234。 b 234。ib 234。ldb 234。235。ic 234。235。Uic 234。235。Uldc ()為了方便控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將其轉(zhuǎn)化為兩相 α β 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過整理得到：d 233。iα 249。234。 =1 233。Uiα 249。234。 1 233。Uldα 249。234。 ()dt 235。iβ L 235。Uiβ L 235。Uldβ 對(duì)上式進(jìn)行離散化，得到1 233。iα (k +1) iα (k) 249。s 235。 β β T 234。i (k +1) i (k) =式中， Ts 為采樣周期。 由上式可得1 233。Uiα (k)249。L (k)234。 235。Uiβ 1 233。Uldα (k)249。L (k)234。 235。Uldβ ()19233。iα (k +1) 249。 233。iα (k) 249。 T 233。Uiα (k) Uldα (k)249。234。 = 234。 + s 234。 ()235。iβ (k +1) 235。iβ (k)L 235。Uiβ (k) Uldβ (k)在用開關(guān)函數(shù)表示的逆變器模型中，236。239。Uiα =239。237。2Udc [Sa3? 1 (S2b + Sc )]()=UU239。 2 (S? S )238。239。 iβ2 dc b c三相并網(wǎng)逆變器開關(guān)狀態(tài)的組合存在 8 種，在使用 SPWM 調(diào)制時(shí)，會(huì)在逆變器 出口產(chǎn)生 7 個(gè)不同的電壓矢量。這 7 個(gè)不同的電壓矢量如圖 4 所示。βu3 u2S3 = (0,1, 0)u4 S4 = (0,1,1)S2 = (1,1, 0)S1 = (1, 0, 0) u1 αS0 = (0, 0, 0)S7 = (1,1,1)S5 = (0, 0,1)u5S6 = (1, 0,1)u6u0,7圖 三相電壓逆變器的電壓矢量 Voltage vectors of threephase voltage source converter為了進(jìn)行 PQ 解耦控制，將模型轉(zhuǎn)化為兩相 dq 坐標(biāo)系下的模型為：233。id (k +1)249。233。 cos ωtsin ωt 249。 233。iα (k +1) 249。234。 = 234。 234。 235。iq (k +1)233。Uldd (k +1)249。235。 sin ωt233。 cos ωtcos ωt 235。iβ (k +1) ()sin ωt 249。 233。Uldα (k +1)249。234。 = 234。 234。 ()235。Uldq (k +1)其中， ω 為電網(wǎng)角頻率。235。 sin ωtcos ωt 235。Uldβ (k +1)三相并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電壓矢量定向的 dq 坐標(biāo)系下有功功率 P 和無功功率 Q可以表示為：20第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制236。239。P = Uldd id +Uldqiq = Uldd id237。239。238。Q = Uldqid Uldd iq = Uldd iq()考慮到孤島運(yùn)行時(shí)饋線電壓會(huì)發(fā)生波動(dòng)，需要對(duì)饋線電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文采用拉 格朗日外推法進(jìn)行電壓的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公式如下：Uldd (k +1) = 3Uldd (k) 3Uldd (k 1) + 2Uldd (k 2)()由此可得：236。239。P(k +1) = Uldd (k +1)id (k +1)237。239。238。Q(k +1) = Uldd (k +1)iq (k +1)()其價(jià)值函數(shù) g 表示為g = [P* (k +1) P(k +1)]2 +[Q* (k +1) Q(k +1)]2()其中， P* (k +1), Q* (k +1) 為 k + 1 時(shí)刻有功功率和無功功率的給定值?；谀Ｐ皖A(yù)測(cè) PQ 控制原理圖如圖 所示。逆變器 饋線等效 DGUi Lfiabc CfZUldabck)SB(k)SC優(yōu)化函數(shù) 求解idqabc ωSA((k)UlddqP (k +1)dq PLLPamp。Q計(jì)算Q (k +1)預(yù)測(cè)模型id (k +1)iq (k +1)Uldd (k +1)Uldd(k)id (k)iq (k)Pref Qref圖 基于模型預(yù)測(cè)的 PQ 控制原理圖 PQ control schematic based on MPC其控制算法流程如圖 所示。21電流采樣iα (k ), iβ (k )電壓采樣Uldα (k ), Uld β (k )For i=0 to 7Ui (i) = S(i)Udc233。iα (k +1) 249。 233。iα (k) 249。 T 233。Uiα (k) Uldα (k)249。234。 = 234。 + s 234。 235。iβ (k +1) 235。iβ (k)L 235。Uiβ (k) Uldβ (k)233。id (k +1)249。233。 cos ωtsin ωt 249。 233。iα (k +1) 249。234。 = 234。 234。 235。iq (k +1) 235。 sin ωtcos ωt 235。iβ (k +1)Uldd (k ) = Uldα (k ) cos ωt + Uldβ (k ) sin ωtUldd (k +1) = 3Uldd (k) 3Uldd (k 1) + 2Uldd (k 2)236。239。P(k +1) = Uldd (k +1)id (k +1)237。239。238。Q(k +1) = Uldd (k +1)iq (k +1)ig = [P* (k +1) P(k +1)]2 + [Q* (k +1) Q(k +1)]否i=7?是選擇S(tk+1),使得gi最小t 174。 tk +1否t 179。 tk +1是S (tk +1 )圖 PQ 模型預(yù)測(cè)控制流程圖 Flowchart of PQ control based on MPC22第三章 微電源的模型預(yù)測(cè)控制 基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制器基于下垂特性的 V/f 模型預(yù)測(cè)控制原理如圖 所示。電流預(yù)測(cè)模型與 PQ 模型 預(yù)測(cè)控制器一樣，電壓控制器，功率控制器與基于 PI 控制的