模型预测控制在大功率低开关频率并网逆变器中的应用

摘要

随着不同类型的新能源并网发电（例如，光伏，风力涡轮机）系统的发展，给大功率逆变器的应用带来了更多的机会。然而，在这些大功率低开关频率逆变器应用场合，其控制策略一直是研究的热点和难点。　　随着DSP和微处理器的发展，有限控制集模型预测控制技术(Finite control setmodel predictive control，FCS-MPC)在大功率并网逆变器中的应用受到了越来越多的关注。然而，到目前为止，针对常规的三相LCL并网逆变器的FCS-MPC系统而言，如何做到稳定和高效的运行尚处于理论研究阶段。　　在本文中，控制对象选定为三相LCL并网逆变器，研究的控制策略选定为FCS-MPC的一种变体一滞环模型预测控制(hysteresis model predictive control，HMPC)。首先，为了确保该控制系统的稳定运行，本文做了两个方面的研究。一方面，对低开关频率条件下的LCL并网逆变器的HMPC系统的谐振特性进行了分析，并且给出了其有源阻尼控制策略。另一方面，对建模误差对系统的稳定性和平均开关频率的影响进行了详细分析。并且提出了一种新的开关频率自适应的控制方法，该方法利用系统的平均开关频率去在线调整预测模型中的参数值。这种新的控制方法可以将系统的平均开关频率维持在一个可接受的操作裕度内，同时能够提高控制系统的稳定性。其次，为了保证该控制系统的高效运行，本文提出了一种新的将断续调制策略与HMPC相结合的方式，这种结合方式可以保证在较大功率因数范围内都能够使得最大电流所对应的相产生钳位。最后，通过仿真分析和实验验证，证明了控制策略的有效性。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 模型预测控制的研究意义

1．3 模型预测在并网逆变器中的研究现状

1．4 本文的结构安排和创新点

第二章 有限控制集模型预测控制技术

2．1 有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)的基本原理

2．1．1 单步预测与两步预测

2．1．2 长预测范围FCS-MPC

2．1．3 FCS-MPC的稳态控制精度

2．2 FCS-MPC的简化算法

2．3 FCS-MPC的多目标约束处理能力

2．4 FCS-MPC的变体—滞环模型预测控制(HMPC)

2．5 本章小结

第三章 基于HMPC的LCL并网逆变器控制技术

3．1 HMPC在2电平LCL并网逆变器中的控制算法

3．2 HMPC在3电平LCL并网逆变器中的控制算法

3．3 本章小结

第四章 HMPC控制系统的谐振特性分析及其抑制

4．1 HMPC控制系统的谐振特性分析

4．2 HMPC控制系统的谐振抑制

4．3 HMPC控制系统的稳定性分析

4．4 本章小结

第五章 HMPC控制系统的开关频率自适应控制

5．1 建模误差对HMPC控制系统的影响分析

5．2 现有的针对建模误差的解决方法

5．3 开关频率自适应控制

5．4 本章小结

第六章 与断续调制相结合的HMPC控制技术

6．1 断续调制(DPWM)的基本原理

6．1．1 调制策略的简单总结

6．1．2 DPWM的基本原理

6．2 基于断续调制(DPWM)的HMPC控制技术

6．3 本章小结

第七章 仿真分析与实验验证

7．1 系统谐振特性分析及其抑制的实验验证

7．2 开关频率自适应控制的实验验证

7．3 基于DPWM的HMPC仿真分析和实验验证

7．4 基于HMPC的3电平逆变器的仿真分析和实验验证

7．5 本章小结

第八章 总结和展望

8．1 本文工作总结

8．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况