【文章內(nèi)容簡介】 的。其具有簡單、可靠、易于實現(xiàn)的特點。(3) 基于下垂特性的 V/f 控制器設(shè)計逆變器微電網(wǎng)處于孤島運行時，由于失去了電網(wǎng)支撐，此時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，以分擔并網(wǎng)時由大電網(wǎng)向微電網(wǎng)傳輸?shù)墓?率，同時提供微電網(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 由于頻率信號便于測量，所以這里采用頻率控制代替相角控制。其設(shè)計的功率控制器結(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功率，以提高整個系統(tǒng)的實時 性，同時，有功功率 P 和無功功率 Q 須滿足 0≤P≤Pmax 和Qmax≤Q≤Qmax 這兩個條 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 為了改善三相輸出電能，需對電壓和電流進行精確、動態(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 PQ 計算理論和逆變器輸出濾 波器進行了設(shè)計。針對微電源的不同類型以及微電網(wǎng)的兩種典型運行模式，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。17第三章 微電源的模型預測控制本章利用模型預測控制方法，設(shè)計了微網(wǎng)中分布式微電源逆變器的控制策略。在 每一個采樣周期內(nèi)，通過事先建立的預測模型對可選擇的控制變量進行評估，使價值 函數(shù)最小的控制變量將被選擇，在下一個采樣周期應用。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，控制方法簡單，很容易通過數(shù)字信號處理器進 行實現(xiàn)。 模型預測控制機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)動控制信號 S (t) 。模型預測 控制機理如圖 所示，為了敘述方便，我們設(shè)系統(tǒng)的采樣周期為 Ts ，系統(tǒng)狀態(tài)變量 x(t) 在 tk 時刻的值為 x(tk ) ，并設(shè)能對系統(tǒng)進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) 和預測函數(shù) f ，可以得到在 tk 時刻系統(tǒng)所有狀態(tài)變量的預測結(jié)果 xi (tk +1 ) = f {x(tk ), Si } , i=1,?, n。預測函數(shù) f不限形式，只要能實現(xiàn)預測功能可以應用于模型預測控制策略中，通常是根據(jù)系統(tǒng)的 離散化模型和相應的系統(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 模型預測控制原理 Model predictive control principle18第三章 微電源的模型預測控制為了確定在某一時刻最佳的控制行為，通常定義一個價值函數(shù) fg ， fg 是參考變量x* (t) 和預測的狀態(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。比較常用的價值函數(shù)為參考變量 x* (t) 與預測狀態(tài)變量 x (t) 差的二次方，即* 2gi = 233。235。 x (t) xi (tk +1 )249。 。在某一時刻，系統(tǒng)的 n 個控制變量值導致 n 個不同的價值函數(shù)值 gi ，使價值函數(shù) gi 最小的控制變量值將在下一個采樣周期被應用。從圖 可以看 出，在 tk 時刻，控制變量值 S3 使價值函數(shù) gi 最小，所以 tk 時刻 S3 被選擇；在 tk +1 時刻，控制變量值 S2 使價值函數(shù) gi 最小，所以 tk +1 時刻控制行為 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。 微電源的模型預測算法 PQ 模型預測控制器根據(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，將其轉(zhuǎn)化為兩相 α β 坐標系下的數(shù)學模型，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 對上式進行離散化，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，會在逆變器 出口產(chǎn)生 7 個不同的電壓矢量。這 7 個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為了進行 PQ 解耦控制，將模型轉(zhuǎn)化為兩相 dq 坐標系下的模型為：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 微電源的模型預測控制236。239。P = Uldd id +Uldqiq = Uldd id237。239。238。Q = Uldqid Uldd iq = Uldd iq()考慮到孤島運行時饋線電壓會發(fā)生波動，需要對饋線電壓進行預測。本文采用拉 格朗日外推法進行電壓的預測，預測公式如下：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 時刻有功功率和無功功率的給定值?；谀Ｐ皖A測 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計算Q (k +1)預測模型id (k +1)iq (k +1)Uldd (k +1)Uldd(k)id (k)iq (k)Pref Qref圖 基于模型預測的 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 模型預測控制流程圖 Flowchart of PQ control based on MPC22第三章 微電源的模型預測控制 基于下垂特性的 V/f 模型預測控制器基于下垂特性的 V/f 模型預測控制原理如圖 所示。電流預測模型與 PQ 模型 預測控制器一樣，電壓控制器，功率控制器與基于 PI 控制的