并網(wǎng)變換器的模型預(yù)測(cè)控制研究.pdf

1、當(dāng)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(shí)是造成環(huán)境問(wèn)題的主要原因之一，所以為了滿足日益增長(zhǎng)的能源需求和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，大力發(fā)展可再生能源勢(shì)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(guò)非可再生能源，其中最受歡迎的可再生能源是風(fēng)能和太陽(yáng)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(diǎn)。
　　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(wú)約束條件的控制問(wèn)題。若應(yīng)用到非線性、多輸入多輸出、包含約束條件的控制問(wèn)題中，控制器的設(shè)計(jì)就會(huì)非常復(fù)雜。而且，PID控制器只在較窄的運(yùn)行范圍內(nèi)有理想的控制性能，當(dāng)超出這一范圍時(shí)，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(lái)，模型預(yù)測(cè)控制法就是其中的一種。現(xiàn)在微處理器計(jì)算能力的不斷提升也為模型預(yù)測(cè)控制法的廣泛應(yīng)用提供了可能。
　　模型預(yù)測(cè)控制方法

3、具有很大的靈活性和包容性，它可以控制多個(gè)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(gè)約束條件。模型預(yù)測(cè)控制可根據(jù)需要采用不同的預(yù)測(cè)模型，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，然后進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化控制。因此他對(duì)不同的控制對(duì)象和控制目標(biāo)都有很好的適用性，抗干擾性強(qiáng)。
　　本文介紹和分析了三相并網(wǎng)逆變器、Boost變換器和兩級(jí)并網(wǎng)系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制方法和控制效果。在三相逆變器的單零矢量電流預(yù)測(cè)控制中，只使用了一種零矢量參與控制，因?yàn)閮煞N零矢量的

4、控制效果是一樣的。但是這會(huì)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(yù)測(cè)控制雖然可以平衡損耗，但其控制邏輯復(fù)雜，編程困難。因此，本文提出了一種雙零矢量電流預(yù)測(cè)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(gè)橋臂上、下開關(guān)的損耗，而且控制過(guò)程簡(jiǎn)單，降低了開關(guān)次數(shù)。
　　基于對(duì)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(jí)并網(wǎng)系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制方法。兩級(jí)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(huì)造成損耗和發(fā)熱，影響電容壽命。在詳細(xì)分析了兩級(jí)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(jí)并網(wǎng)系統(tǒng)的開關(guān)損耗，有助于提高兩級(jí)系統(tǒng)的整體壽命。
　　最后，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，本文對(duì)三相并網(wǎng)逆變器、Boost變換器和兩級(jí)并網(wǎng)系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制方法進(jìn)行仿真和分析，驗(yàn)證了控制方法的有效性和優(yōu)越性