并網(wǎng)變換器的模型預測控制研究.pdf

1、當前世界上電能的生產(chǎn)主要是基于化石能源和核能。但是這些非可再生能源的使用已經(jīng)被證實是造成環(huán)境問題的主要原因之一，所以為了滿足日益增長的能源需求和保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，大力發(fā)展可再生能源勢在必行。目前，全球可再生能源發(fā)電產(chǎn)能增速已經(jīng)超過非可再生能源，其中最受歡迎的可再生能源是風能和太陽能。作為可再生能源和電網(wǎng)的接口，并網(wǎng)變換器是至關(guān)重要的，其控制方法也一直是研究熱點。
　　最傳統(tǒng)的電力變換器控制方法是基于PID控制器的脈沖寬

2、度調(diào)制法。但是這種方法最適用于線性、單輸入單輸出、無約束條件的控制問題。若應用到非線性、多輸入多輸出、包含約束條件的控制問題中，控制器的設(shè)計就會非常復雜。而且，PID控制器只在較窄的運行范圍內(nèi)有理想的控制性能，當超出這一范圍時，控制性能將明顯惡化。為了克服PID控制器的固有弊端，許多新型的控制方法逐漸涌現(xiàn)出來，模型預測控制法就是其中的一種。現(xiàn)在微處理器計算能力的不斷提升也為模型預測控制法的廣泛應用提供了可能。
　　模型預測控制方法

3、具有很大的靈活性和包容性，它可以控制多個狀態(tài)變量，適用于線性和非線性狀態(tài)空間模型，也能方便地處理多個約束條件。模型預測控制可根據(jù)需要采用不同的預測模型，實時預測系統(tǒng)狀態(tài)，然后進行滾動優(yōu)化控制。因此他對不同的控制對象和控制目標都有很好的適用性，抗干擾性強。
　　本文介紹和分析了三相并網(wǎng)逆變器、Boost變換器和兩級并網(wǎng)系統(tǒng)的模型預測控制方法和控制效果。在三相逆變器的單零矢量電流預測控制中，只使用了一種零矢量參與控制，因為兩種零矢量的

4、控制效果是一樣的。但是這會造成上、下橋臂開關(guān)的損耗不平衡和發(fā)熱不均。雙零矢量電壓預測控制雖然可以平衡損耗，但其控制邏輯復雜，編程困難。因此，本文提出了一種雙零矢量電流預測控制方法，該控制算法根據(jù)不同開關(guān)矢量狀態(tài)，靈活選擇兩種零矢量狀態(tài)，有效地平衡各個橋臂上、下開關(guān)的損耗，而且控制過程簡單，降低了開關(guān)次數(shù)。
　　基于對三相并網(wǎng)逆變器和Boost變換器的控制研究，本文提出了兩級并網(wǎng)系統(tǒng)的模型預測控制方法。兩級變流器之間的電容是用于維持

5、穩(wěn)定的直流鏈電壓，但是由于等效串聯(lián)電阻的存在，電容電流會造成損耗和發(fā)熱，影響電容壽命。在詳細分析了兩級并網(wǎng)系統(tǒng)中電容電流的產(chǎn)生后，本文提出了一種降低電容電流有效值的優(yōu)化控制方法，該方法不僅降低了電容損耗，還降低了兩級并網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)損耗，有助于提高兩級系統(tǒng)的整體壽命。
　　最后，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，本文對三相并網(wǎng)逆變器、Boost變換器和兩級并網(wǎng)系統(tǒng)的模型預測控制方法進行仿真和分析，驗證了控制方法的有效性和優(yōu)越性