电力电子并网转换系统模型预测控制

第1章 绪 论 1

1.1 引 言  1

1.2 电力电子并网转换系统研究现状 2

1.2.1 传统控制技术 2

1.2.2 新型控制技术 4

1.2.3 开关故障与非理想电网下的控制技术 5

本章小结 7

参考文献 8

第2章 电力电子并网转换系统结构与模型 10

2.1 并网转换器结构与数学模型 10

2.1.1 三相静止坐标系数学模型 10

2.1.2 两相静止坐标系数学模型 12

2.1.3 两相旋转坐标系数学模型 13

2.2 电力电子并网转换器功率模型 14

2.2.1 瞬时功率理论 14

2.2.2 旋转坐标系下的并网转换器功率预测模型 16

2.2.3 静止坐标系下的并网转换器功率预测模型 16

本章小结 17

参考文献 17

第3章 电力电子并网转换系统模型预测控制 19

3.1 并网转换系统前馈解耦控制 19

3.1.1 前馈解耦控制基本原理 19

3.1.2 PI调节器的参数整定 20

3.1.3 SVPWM 技术原理与建模 22

3.2 并网转换系统模型预测控制 31

3.2.1 模型预测控制基本原理 31

3.2.2 并网转换系统模型预测电流控制 32

3.2.3 并网转换系统模型预测功率控制 39

3.3 仿真分析与验证 41

3.3.1 并网转换系统前馈解耦控制仿真分析 41

3.3.2 并网转换器模型预测控制仿真分析 43

本章小结 45

参考文献 45

第4章 模型预测控制的时滞补偿与代价函数优化 47

4.1 模型预测多目标协调控制 47

4.1.1 模型预测多目标协调控制基本原理 47

4.1.2 两步延时补偿 48

4.1.3 降低开关频率 49

4.1.4 代价函数优化 50

4.2 鲁棒性分析 51

4.3 仿真结果及分析 52

4.3.1 延时补偿算法仿真 52

4.3.2 降低开关频率仿真 54

本章小结 56

参考文献 56

第5章 电网电压不平衡下并网转换器模型预测功率补偿控制 58

5.1 电网电压不平衡下传统正负序分离控制 58

5.1.1 正负序分量数学模型 58

5.1.2 正负序分离及锁相环 59

5.1.3 正负序分离下的SVPWM 控制 60

5.2 电网电压不平衡下功率补偿建模 60

5.2.1 dq 旋转坐标下功率建模 61

5.2.2 αβ 静止坐标系下功率建模 61

5.2.3 消除有功功率脉动功率补偿 63

5.2.4 消除无功功率脉动功率补偿 63

5.2.5 带功率补偿模型预测功率控制结构与算法 64

5.3 仿真分析与验证 66

5.3.1 单相跌落下的稳态仿真分析 66

5.3.2 单相跌落下动态仿真分析 69

5.3.3 功率补偿前后仿真对比 70

本章小结 71

参考文献 71

第6章 电力电子并网转换系统模型预测低电压穿越控制 73

6.1 电网电压对称故障时低电压穿越控制 73

6.1.1 电网对称故障时转换器运行特性分析 73

6.1.2 控制参数整定 74

6.1.3 基于前馈解耦PI控制的低电压穿越策略 75

6.1.4 基于模型预测功率控制的低电压穿越策略 78

6.2 仿真分析与验证 79

6.2.1 LVRT控制投入前后的对比分析 79

6.2.2 不同跌落深度的对比分析 86

6.2.3 模型预测控制与前馈解耦PI控制的对比分析 87

本章小结 88

参考文献 88

第7章 电力电子并网转换系统容错结构与模型预测容错控制 90

7.1 并网转换系统非冗余故障容错结构和运行机理建模 90

7.1.1 并网转换器非冗余容错结构 90

7.1.2 FSTP的运行分析 91

7.1.3 FSTP的电流预测模型 93

7.1.4 DAB的工作原理分析 95

7.1.5 直流侧中点电压模型 98

7.2 并网转换器的模型预测容错控制 99

7.2.1 功率预测模型与代价函数的选择 100

7.2.2 模型预测直接功率控制结构与算法 100

7.2.3 DAB直流电压抑制 102

7.2.4 直流注入控制中点电压平衡 103

7.3 电网不平衡下故障容错运行的功率波动与抑制方法 104

7.3.1 功率脉动抑制方法 105

7.3.2 两步预测延时补偿 106

7.4 仿真分析与验证 109

7.4.1 并网转换器的模型预测容错控制仿真 109

7.4.2 电网不平衡下故障容错控制仿真 112

本章小结 116

参考文献 116

第8章 三相不平衡治理模型预测控制技术 117

8.1 三相不平衡电能质量治理 117

8.1.1 三相不平衡的概念 118

8.1.2 三相不平衡的影响 118

8.1.3 三相不平衡治理的解决方案 119

8.2 中点钳位三电平转换器的原理和电压矢量分析 119

8.2.1 中点钳位三电平转换器的工作原理及特点 119

8.2.2 中点钳位三电平转换器空间电压矢量分析 121

8.3 中点钳位三电平转换器模型预测建模与仿真 125

8.3.1 中点钳位三电平转换器数学建模 125

8.3.2 并网电感电流模型预测建模 126

8.3.3 分裂电容电压模型预测建模 127

8.3.4 模型预测控制方法 128

8.3.5 PSCAD(EMTDC)仿真验证 129

8.4 三相不平衡治理模型预测控制与仿真 132

8.4.1 基于对称分量法的瞬时功率理论 132

8.4.2 基波正序电压检测器 135

8.4.3 三相不平衡补偿策略 136

8.4.4 三相三线制系统仿真与验证 137

8.4.5 三相四线制系统仿真与验证 140

本章小结 144

参考文献 145

第9章 电力电子并网转换器实验平台设计与测试 146

9.1 并网转换器实验平台结构 146

9.1.1 硬件系统结构 147

9.1.2 主电路设计 148

9.1.3 控制电路设计 148

9.1.4 软件设计 150

9.2 并网转换器性能测试与实验分析 151

9.2.1 并网转换器的模型预测控制实验 151

9.2.2 电网电压不平衡下的模型预测功率补偿控制实验 153

9.2.3 并网转换器的模型预测容错控制实验 154

本章小结 157

第10章 后 记 158

10.1 主要内容回望 158

10.2 本书的主要特点 159

10.3 研究展望 160