本发明涉及一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，属于电力电子与电力传动领域。
背景技术：
1、随着能源衰竭及环境污染问题的加剧，新能源发电系统迎来飞速发展，尤其是分布式光伏的装机容量逐年提升。光伏新能源通过并网运行方式将发出的电能传输到电网。分布式光伏并网系统较多安装在筑物屋顶等载体上，规模小，简单灵活、线路损耗低。光伏并网逆变器作为分布式光伏电源和电网间的关键接口设备，光伏并网逆变器性能好坏将直接影响并网质量以及电网的稳定性。由于光伏并网逆变器采用电力电子器件构成，光伏并网逆变器正常工作时开关频率较高，故会向电网注入高频谐波而影响电网的电能质量和运行稳定性。为了获得满意的高次谐波抑制能力，通常在光伏并网逆变器和电网之间加装lcl滤波器。但是，lcl滤波器的引入不仅会增加控制阶数，而且会引起并网电流的谐振问题，严重威胁光伏并网系统的稳定性与可靠性。
2、近年来，模型预测控制方法因结构简单、动态性能优良和最优化控制的特点，在lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统控制领域引起广泛关注。目前，为了抑制lcl的谐振问题，现有光伏并网逆变器的预测控制为多目标有限集预测模型控制，需要同时对逆变器电流、电容电压和并网电流进行预测，并通过对目标函数进行多次遍历寻优方可求得最优矢量。因此存在控制参数多(2个)、参数整定困难(经验试凑)和计算量大(多次遍历计算)等问题，加剧了控制方法实现复杂性。同时，现有预测控制方法在一个控制周期内仅作用单一矢量，导致lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统稳态谐波和纹波较大和开关频率不固定的问题。这不仅不利于lcl滤波器的设计，而且大大阻碍了预测控制在光伏并网逆变器领域的应用。
技术实现思路
1、针对现有技术的局限，提供了一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法。本方法采用电容电压预测值减去电容电压给定值的办法提取谐振分量，反馈至光伏并网逆变器控制指令，得到集成谐振抑制的光伏并网逆变器控制指令，有效解决了lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的谐振问题，实现简单并增强了lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的稳定性；本方法只有阻尼系数kr一个待设计参数，且消除了循环遍历的寻优过程，参数整定工作量和复杂性大大降低；本方法的对称4段式脉冲生成没有使用零矢量，故可降低lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统共模电压和漏电流；本方法实现了固定开关频率，有利于lcl滤波器的参数设计。
2、为实现上述技术目的，本发明提供了一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，包括如下步骤：
3、步骤1：通过采样lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的电感电流、电容电压、并网电流和电网电压，建立lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统在dq坐标系下的连续域状态方程，并通过状态变量的稳态值计算电感电流给定值ifd,k*、ifq,k*和电容电压给定值ucd,k*、ucq,k*；
4、步骤2：基于lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的连续时间域状态方程，利用前向欧拉法建立lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的离散预测模型；
5、步骤3：根据电感电流、电容电压给定值及lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的离散预测模型，基于电感电流预测值在一个采样周期内跟踪上电感电流给定值的原理，计算出基础预测控制指令vd,k*和vq,k*，利用电容电压预测值及电容电压给定值作差所得到的谐振分量，计算出集成谐振抑制的预测控制指令vrd,k*和vrq,k*，并将集成谐振抑制的预测控制指令vrd,k*和vrq,k*进行park反变换得到αβ坐标系下的集成谐振抑制的预测控制指令vrα,k*和vrβ,k*；
6、步骤4：求取集成谐振抑制的预测控制指令vrα,k*和vrβ,k*的空间位置角γ，确定能够最优合成集成谐振抑制的预测控制指令vrα,k*和vrβ,k*的两个最优矢量vp,1和vp,2；
7、步骤5：借助能够最优合成集成谐振抑预测控制指令的两个最优矢量及两个最优矢量作用时间，构造基于集成谐振抑制的预测控制指令合成跟踪误差的性能函数，并利用拉格朗日乘子法计算出能够最小化性能函数的最优矢量作用时间ti；
8、步骤6：设计对称4段式控制脉冲信号生成策略s，将策略s应用于逆变器开关管，以实现对lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制。
9、进一步，所述步骤1具体包括：建立采样lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统在dq坐标系下的连续时间域状态方程如下：
10、
11、式中，ifd、ifq表示dq轴电感电流，ucd、ucq表示dq轴电容电压，igd、igq表示dq轴并网电流，vd、vq表示dq轴逆变器输出电压，ugd、ugq表示dq轴电网电压；lf和rf表示滤波电感及逆变器侧寄生电阻，lg和rg表示网侧滤波电感及网侧寄生电阻，c为滤波电容，ωe为电网电压基波角频率；
12、考虑到lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统状态变量的稳态值不再变化且并网电流稳态值等于并网电流参考值：igd＝igd,k*，igq＝igq,k*，便可计算出lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统电容电压给定值ucd,k*、ucq,k*与电感电流给定值ifd,k*、ifq,k*为：
13、
14、式中，igd,k*和igq,k*为的dq轴并网电流给定值。
15、进一步，所述步骤2具体包括：设lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统采样周期为ts，采用前向欧拉法离散化连续时间域状态方程(1)，建立lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的电感电流和电容电压的预测模型如下：
16、
17、式中，下标“k”和“k+1”分别表示当前第k步采样时刻和未来第k+1步预测值。
18、进一步，所述步骤3具体包括：基于电感电流预测值在一个采样周期内跟踪上电感电流参考值的原理，即：根据lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统电感电流、电容电压给定值及电感电流和电容电压的预测模型，令ifd,k+1＝ifd,k*，ifq,k+1＝ifq,k*，计算出lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的基础预测控制指令vd,k*和vq,k*为：
19、
20、为抑制除谐振振荡、提升lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统稳定性，考虑到电容电压预测值同时包含基波和谐振分量，而参考值仅包含基波分量，故通过电容电压预测值与电容电压给定值作差即可获得谐振分量，并将谐振分量从基础预测控制指令vd,k*和vq,k*中减去，得到集成谐振抑制的预测控制指令vrd,k*和vrq,k*：
21、
22、式中，kr>0为可调的谐振抑制增益，通过仿真或实验试凑获得；
23、最后，通过park反变换得到αβ坐标系下集成谐振抑制的预测控制指令vrα,k*和vrβ,k*：
24、
25、进一步，所述步骤4具体包括：根据通过反正切函数求取集成谐振抑制的预测控制指令vrα,k*和vrβ,k*的空间位置角如下：
26、
27、根据γ所在的空间扇区，确定能够最优合成集成谐振抑制的预测控制指令vrα,k*和vrβ,k*的两个最优矢量vp,1＝[vpα,1vpβ,1]和vp,2＝[vpα,2vpβ,2]。
28、进一步，所述步骤5具体包括：基于步骤4中所确定的能够最优合成集成谐振抑制预测控制指令的两个最优矢量，结合两个最优矢量作用时间构造基于集成谐振抑制预测控制指令合成跟踪误差的性能函数如下：
29、
30、式中，t1和t2分别为两个最优矢量的作用时间，满足t1+t2＝ts的约束条件；和分别为αβ坐标系下两个最优矢量和集成谐振抑制的预测控制指令之间的跟踪误差。
31、进一步，为了求解t1+t2＝ts等式约束条件下能最小化性能函数g的最优矢量的作用时间，利用拉格朗日乘子法，首先构造如下拉格朗日函数f：
32、f(t1,t2,λ)＝g+λ(t1+t2-ts) (9)
33、式中，λ为拉格朗日算子；
34、其次，令拉格朗日函数f对两个最优矢量作用时间的偏导数均等于0，得到：
35、
36、将式(10)与等式约束t1+t2＝ts联立，得到拉格朗日算子λ的表达式为：
37、
38、推导出两个最优矢量的作用时间ti(i＝1，2)为：
39、
40、进一步，所述步骤6具体包括：为了实现固定开关频率和低共模电压，设计以下的对称4段脉冲模式来生成控制脉冲信号s：
41、
42、最终，将上述脉冲信号s应用于逆变器的开关管，以实现对lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制。
43、一种计算机设备，包括：处理器、存储器以及网络接口；
44、所述处理器与所述存储器、所述网络接口相连，其中，所述网络接口用于提供网络通信功能，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码，以执行权利要求1-8任一项所述的lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法。
45、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序适于由处理器加载并执行权利要求1-8任一项所述的lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法。
46、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
47、1、本发明提供的方法采用电容电压预测值减去电容电压给定值以提取谐振分量，有效解决了lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的谐振问题，增强了lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的稳定性。
48、2、本发明提供的方法仅包含一个阻尼系数kr设计参数，且不存在循环遍历寻优过程，大大降低了参数整定工作量和控制方法实现复杂性。
49、3、本发明提供的方法所使用的最优矢量作用时间计算及脉冲信号发生方式可有效提升lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的稳态性能、降低共模电压/漏电流，并实现固定开关频率，有利于lcl滤波器的设计。
1.一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，为了求解t1+t2＝ts等式约束条件下能最小化性能函数g的最优矢量的作用时间，利用拉格朗日乘子法，首先构造如下拉格朗日函数f：
8.根据权利要求7所述的一种lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及网络接口；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序适于由处理器加载并执行权利要求1-8任一项所述的lcl滤波型三相光伏并网逆变器系统的预测控制方法。
