申请/专利权人：江苏师范大学;江苏科路电气有限公司

申请日：2021-12-27

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN114336660B

主分类号：H02J3/18

分类号：H02J3/18;H02J3/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.04.29#实质审查的生效;2022.04.12#公开

摘要：本发明涉及一种基于功角的UPQC直接电流预测控制方法，在UPQC基础上，基于功角控制策略和有限集模型预测控制FCS‑MPC原理，提出了一种基于功角的UPQC直接电流预测控制方法。在本发明所提控制策略下，分别将串、并联APF受控为正弦电流源和正弦电压源，解决网侧电流和负载侧电压质量问题；设计了UPQC在dq坐标系下基于功角的电流预测控制模型，采用FCS‑MPC控制器代替传统直接控制中电流环及PWM调制环节，通过控制串联APF注入电压使电源电压和负载电压相位相差功角δ，进而控制串联APF承担部分负载无功功率需求。本发明所提控制策略避免了串、并联APF变换复杂的电流环PI调节器参数整定及PWM调制环节，简化控制过程，提高串联APF的利用率，减轻并联APF的无功功率负担。

主权项：1.一种基于功角的UPQC直接电流预测控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：1对负载电压进行补偿，在保证补偿后负载电压幅值不变、串联有源电力滤波器电压不超过额定值的前提下，根据补偿后的负载电压，网侧电压，串联补偿电压计算出功角控制策略的功角值；2通过对UPQC系统数据采集，获得k时刻的负载三相电流、负载三相电压、网侧三相电压、串联有源电力滤波器VSC1侧发出电流、串联变压器二次侧电压、并联有源电力滤波器VSC2侧发出电流、并联有源电力滤波器最终流向负载的电流、直流侧母线电压及当前时刻的锁相角；3根据2中获得的电压电流量计算出串联有源电力滤波器预测电流的参考电流，并通过延时补偿得到k+1时刻对应的参考电流；4根据2中获得的电压电流量计算出并联有源电力滤波器预测电流的参考电流，并通过延时补偿得到k+1时刻对应的参考电流；5根据2中获得的电压电流量和预测模型计算出k+1时刻的串联有源电力滤波器输出电流和并联有源电力滤波器输出电流；6将步骤3k+1时刻参考电流和步骤5串联有源电力滤波器输出电流代入代价函数选取具有最优电压跟随性的开关矢量作为最终优化开关矢量输出，并在下一控制周期作用于串联有源电力滤波器；将步骤4k+1时刻参考电流和步骤5并联有源电力滤波器输出电流代入代价函数选取具有最优电压跟随性的开关矢量作为最终优化开关矢量输出，并在下一控制周期作用于并联有源电力滤波器；步骤1的方法具体如下：考虑电压暂升暂降和负载突变造成串联有源电力滤波器侧电压的变化，设定串联补偿电压维持为串联有源电力滤波器APF额定电压的23，保证串联有源电力滤波器不越限，将补偿后负载电压U'L、网侧电压Us和串联补偿电压Use代入余弦定理，求得功角δ：公式如下： 步骤4的方法具体如下：第一步：将负载电压的d轴分量uLdk和q轴分量uLqk分别与给定d轴电压和q轴给定电压相减后，输入PI调节器，输出值等效为并联有源电力滤波器滤波电容C2产生电流的d轴电流与q轴电流第二步：将第一步得到的电流值与id2k、iq2k、电压耦合量uLdk、uLqk代入并联有源电力滤波器的KCL方程，到的参考电流和并经过延时补偿后得到并联变换器的电流参考矢量为和其中，并联有源电力滤波器的KCL方程为： 式中，ω为电源角频率，C2为并联有源电力滤波器的滤波电容；其中并联有源电力滤波器参考电流的延时补偿公式如下： 式中是参考电流对应k-2时刻、k-1时刻和k时刻的值，是参考电流对应k-2时刻、k-1时刻和k时刻的值，分别为参考电流在k+1时刻参考电流；步骤5的方法具体如下：将获得的负载电压、串联有源电力滤波器VSC1侧发出电流、串联变压器二次侧电压、并联有源电力滤波器VSC2侧发出电流d轴和q轴分量代入串并联侧预测模型得到对应的k+1时刻的预测电流矢量；其中串并联侧预测模型如下所示： 式中，icd1k、icq1k分别为串联有源电力滤波器VSC1侧k时刻发出电流的d轴分量和q轴分量，ucdk、ucqk分别为串联变压器二次侧k时刻电压的d轴分量和q轴分量，icd2k、icq2k分别为并联有源电力滤波器VSC2侧k时刻发出电流的d轴分量和q轴分量，uLdk、uLqk分别为负载侧k时刻三相电压的d轴分量和q轴分量，Sd1、Sq1、Sd2、Sq2分别为串并联侧S1、S2开关函数d轴分量和q轴分量，Ts是系统的控制周期，分别为串并联侧k+1时刻的预测电流矢量，L1、L2分别是串联侧和并联侧滤波电感，uDCk是k时刻的直流母线电压；步骤2的方法具体如下：第一步：通过对UPQC系统采样，获得k时刻的负载三相电流iLak、iLbk、iLck，负载侧三相电压uLak、ubLbk、uLck，网侧三相电压usak、usbk、usck，串联有源电力滤波器VSC1侧发出电流ica1k、icb1k、icc1k，串联变压器二次侧电压ucak、ucbk、ucck，并联有源电力滤波器VSC2侧发出电流ica2k、icb2k、icc2k，并联有源电力滤波器最终流向负载的电流ia2k、ib2k、ic2k和直流侧母线电压udck；第二步：依据第一步采集获得的网侧三相电压usak、usbk、usck，利用MATLABSIMULINK库中自带的锁相环计算得到锁相角θ，结合Clark、Park变换把第一步中采集的负载三相电流iLak、iLbk、iLck，串联有源电力滤波器VSC1侧发出电流ica1k、icb1k、icc1k，串联变压器二次侧电压ucak、ucbk、ucck，变换到同步旋转坐标系中，获得负载电流的d轴电流iLdk、q轴电流iLqk，串联有源电力滤波器VSC1侧发出电流的d轴电流icd1k、q轴电流icq1k，串联变压器二次侧电压的d轴电压ucdk、q轴电压ucqk；将步骤1所求得功角δ与锁相角θ相加得到旋转变换角度ω，通过同步旋转变换把负载侧三相电压uLak、uLbk、uLck，并联有源电力滤波器VSC2侧发出电流ica2k、icb2k、icc2k和并联有源电力滤波器最终流向负载的电流ia2k、ib2k、ic2k变换到同步旋转坐标系中，获得负载电压的d轴电压uLdk、q轴电压uLqk，并联有源电力滤波器VSC2侧发出电流的d轴分量icd2k、q轴分量icq2k和并联有源电力滤波器最终流向负载的电流d轴分量id2k、q轴分量iq2k；其中旋转变换角度ω＝δ+θ，同步旋转变换通用公式为：

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