弱电网下NPC三电平LCL型并网逆变器模型预测控制方法的研究

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有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)方法具有可进行多目标控制、动态响应快等优点,但传统FCS-MPC方法存在电流跟踪误差大的问题,且弱电网下LCL滤波器存在谐振问题,使得并网电流质量进一步恶化。本文研究解决弱电网下基于传统FCS-MPC时NPC三电平LCL型逆变器并网电流不满足并网要求的问题,提出了弱电网下基于FCS-MPC方法的谐振抑制策略,并优化电压矢量集,提升了波形质量。本文首先建立了弱电网下NPC三电平LCL型并网逆变器的预测模型,讲述了FCS-MPC方法具体的工作过程及LCL滤波器存在谐振的原因;其次,针对弱电网下LCL滤波器存在的谐振问题,从预测模型角度出发,提出了MPC-i1ucf谐振抑制策略,采用二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)获取电容电压基频分量ucf,送至预测模型进行预测计算,减弱了谐振分量对系统的影响,实现谐振抑制,避免了复杂的参数设计;进一步地,为减小并网电流的跟踪误差,提出了一种基于幅值可调的虚拟电压矢量的FCS-MPC方法,扩展了电压矢量控制集,且充分考虑系统调制比的影响,合成的虚拟电压矢量分布在参考电压矢量附近,使得输出的电压矢量更利于逆变器获得更好的电流跟踪控制效果。为验证本文设计的控制方法的有效性,设计并搭建了基于TMS320F28377D控制核心板的NPC三电平LCL型并网逆变器实验平台,编写了对应的FCS-MPC实验程序。最后,静态与动态的并网仿真与实验结果表明,本文所提出的谐振抑制策略与基于虚拟电压矢量控制集的FCS-MPC方法,能够在弱电网条件下实现对系统中LCL谐振的抑制,提高了并网电流波形质量,并且具有良好的动态性能。
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