一种双目标连续集模型预测功率解耦控制方法及系统

本发明属于电力电子变流，具体涉及一种双目标连续集模型预测功率解耦控制方法及系统。

背景技术：

1、在光伏逆变系统中，通常采用前级boost电路结合逆变电路的方式，但是这种结合方式一旦用于大规模分布式光伏并网系统，其器件数量较多，而本文针对的一种单级式升压逆变器，其减少了器件的使用数量，同时具备升压功能和逆变功能，且输入电源负极性端和电网的中性点共地连接，消除了漏电流的影响，更适用于光伏并网的应用场景。针对现有逆变系统传统pi控制方法，pi双闭环控制参数在复杂耦合系统中难以整定，且pi对正弦信号无法实现无静差跟踪；有限集模型预测控制可以实现多变量的有效控制，益于增加约束，在逆变系统中已经广泛使用，但是其控制信号频率不固定，导致输出信号谐波分散，滤波器难以设计；传统的连续集模型预测控制一般是针对传统拓扑设计的，针对单级式升压逆变电路的连续集模型预测控制研究目前较少。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双目标连续集模型预测功率解耦控制方法及系统，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种双目标连续集模型预测功率解耦控制方法，用于对包含单级式升压光伏逆变电路的并网系统进行解耦控制，包括以下步骤：

4、获取升压电感电流和滤波电感电流的数学模型，对数学模型进行离散化处理得到预测模型，并计算下一时刻的升压电感电流和滤波电感电流预测值；

5、获取升压电感电流和滤波电感电流的控制输入变量，设定价值函数，并通过输入变量和所述预测值，获取升压侧和逆变侧最优导通占空比；

6、设计pi电压外环，获取内环所需的输入电流和输出电流参考值，进行预测误差补偿；

7、基于所述pi电压外环和所述最优占空比，设计电压外环中陷波滤波器、计算参考电流的前馈值以及进行输入电流和输出电流的控制解耦。

8、进一步地，所述单级式升压光伏逆变电路由全桥逆变电路结合双向boost电路，构造成共地式结构，且存在复用开关管；所述单级式升压光伏逆变电路输入侧接入光伏板或直流源，输出侧接入电网；

9、所述单级式升压光伏逆变电路包括：开关管s1-s5、电容c、输入电源、交流源、升压电感l和滤波电感lg；开关管s5和开关管s1、开关管s2以及电容c构成双向boost电路，uin为boost电路的输入电压，uc为boost电路的输出电压，单级式升压光伏逆变电路的输出经滤波电感lg滤除谐波后，并入电网。

10、进一步地，所述数学模型为：

11、

12、

13、式中，fi1,fi2,fi3分别表示升压电感电流三段变化所对应的斜率，fg1,fg2,fg3分别表示滤波电感电流三段变化所对应的斜率；il为输入电流，uc为电容c的电压，uin为输入电压，uab为桥臂电压,ug为电网电压，rl为升压电感寄生阻抗，rg为滤波电感寄生阻抗，ig为并网电流，l为升压电感值，lg为滤波电感值。

14、进一步地，下一时刻的电感电流和并网电流预测值的计算公式为：

15、il(k+1)＝il(k)+2fi1tl+(ts-2tl)fi2

16、ig(k+1)＝ig(k)+2fg1tg+(ts-2tg)fg2

17、其中，il(k+1)和ig(k+1)分别为下一时刻的预测电感电流值和并网电流值，ig(k)和il(k)分别为采样模块在k时刻采样到的并网电流和升压电感电流，ts为采样周期，tl表示升压电感电流第一段上升的时间，tg表示滤波电感电流第一段上升的时间。

18、进一步地，所述升压侧和逆变侧的最优占空比计算式为：

19、

20、式中，ds5为计算所得开关管s5的最优占空比，d是计算所得在一个周期内滤波电感电流工作在上升区间的最优占空比；

21、开关管s5的占空比ds5直接由pwm调制模块生成开关管s5的导通信号，由于逆变侧存在正负两个半周的工作周期，对d进行如下处理：

22、定义两个中间变量d1和d2，如果电网电压ug>0，那么d1＝0，d2＝d，如果ug<0，那么d1＝d，d2＝0；这样处理得到的调制信号，d1为开关管s3的占空比，d2为开关管s1的占空比，将占空比d1和d2直接进行pwm调制，得到s1和s3的导通信号，因为s4和s3互补，s2和s1互补，所以得到了逆变侧两个桥臂的所有开关管导通信号。

23、进一步地，采用所述pi电压外环进行预测误差补偿的过程包括：

24、对于输入侧，电压外环用于实现直流输入电压跟随mppt的参考电压，电压外环pi控制器的输出量即为输入电流的参考值il_ref；

25、对于输出侧，电压外环通过控制中间解耦电容c的平均电压uc_ave，保证输入和输出侧的功率平衡和系统不会过调制，当输入功率增加时，电容c的平均电压uc_ave增加，电容电压平均值与电容电压参考值作差，经pi控制器后，再加上由输入功率计算得到的前馈值，输出电流的参考值增加，从而补偿内环输出预测电流的误差值。

26、进一步地，当输出侧电压外环的均值电压参考值满足下式时，即可实现输入电流和输出电流的控制解耦：

27、

28、式中，ug是电网电压的峰峰值，uc为电容电压的瞬时值，uin为输入电压。

29、一种双目标连续集模型预测功率解耦控制系统，包括：

30、预测模型构建模块：获取升压电感电流和滤波电感电流离散时刻的数学模型，对数学模型进行离散化处理得到预测模型，并计算下一时刻的电感电流和并网电流预测值；

31、寻优模块：获取升压电感电流和滤波电感电流的控制输入变量，设定价值函数，并通过输入变量和所述预测值，获取升压侧和逆变侧最优导通占空比；

32、pi电压外环设计模块：设计pi电压外环，获取内环所需的输入电流和输出电流参考值，进行预测误差补偿；

33、以及，控制解耦模块：基于所述pi电压外环和所述最优占空比，设计电压外环中陷波滤波器、计算参考电流的前馈值以及进行输入电流和输出电流的控制解耦。

34、一种计算机存储介质，存储有可读程序，当程序运行时，能够执行上述的一种双目标连续集模型预测功率解耦控制方法。

35、一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

36、所述存储器用于存放至少一条可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上的一种双目标连续集模型预测功率解耦控制方法对应的操作。

37、本发明的有益效果：

38、1、本申发明的控制方法同时控制所提电力电子变换器的输入电流和输出电流两个目标，并充分考虑了两者在控制上的耦合关系，通过引入了pi外环对中间解耦电容电压进行均值控制，实现了系统输入电流和输出电流的控制解耦，有效避免了耦合关系可能导致的系统运行崩溃问题。

39、2、本发明利用pi外环用来获取内环的参考值，对内环连续集模型预测控制进行预测误差补偿，内环通过连续集模型预测功率解耦控制直接控制光伏输入功率和交流侧功率，显著降低了单相光伏逆变系统中交流输入侧和直流输入侧瞬时功率不平衡所引发的直流侧二次纹波问题，实现了自动功率解耦。