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申请/专利权人：无锡军工智能电气股份有限公司;中国矿业大学

摘要：本发明公开了一种级联U‑CELL新型拓扑邻近矢量寻优分层预测控制方法；这种控制方法采用模型预测控制方法MPC为基础，设计了分层MPC算法优化计算量，并在此基础上提出了一种邻近寻优的最优矢量搜索方式，实现计算量大幅减少；其中核心层是电流层，选择电压基本矢量作为电流层；在开关状态转换到矢量时，部分矢量会存在冗余开关状态，对于不同的冗余开关状态进行筛选作为相内电容电压平衡控制；因此，可以基于上一时刻选取的矢量，建立搜索的方法，避免遍历所有的基本矢量；邻近矢量寻优MPC算法将分层MPC算法计算复杂度从平方级降低到线性级，兼具良好的控制性能。

主权项：1.一种基于级联U-Cell新型拓扑STATCOM邻近矢量寻优分层预测控制方法，包括如下步骤：步骤一、建立级联U-CellSTATCOM离散数学模型，由基尔霍夫定律KVL先推出级联U-CellSTATCOM的连续状态下的数学模型，再建立采样周期Ts的离散化预测数学模型，对连续数学模型中的电流微分与电容电压微分以采样周期进行前向差分分别得到电流预测模型与电容电压预测模型；步骤二、预测级联U-CellSTATCOM电流参考值设计，参考值的设计为利用所需补偿负荷决定的瞬时有功无功参考值推出STATCOM所需输出的参考电流，并且考虑到实际补偿过程中STATCOM自身消耗的有功功率，设计了有功电流给定环节叠加到参考电流环节进行修正，预测模型是利用当前时刻的采样值预测出下一时刻的状态值，通过价值函数进行评估，价值函数的设定为目标值与预测值的范数；步骤三、实现级联U-CellSTATCOM模型预测分层控制，采用基于电压基本矢量的选择作为电流层，电流层的价值函数设计为预测电压矢量和参考电压矢量的范数最小价值函数，三相不平衡功率部分会影响相间电容电压的平衡，三相不平衡功率与零序分量相关，而对零序分量不同的冗余矢量进行筛选可以实现相间电容电压平衡的最优解，根据电流层筛选的最优基本矢量，将其对应的冗余矢量作为相间平衡控制层，相间电容电压平衡层的价值函数设计为abc三相所有U-Cell模块直流侧电压预测矢量与参考矢量的范数最小价值函数之和，电流层和相间电容电压平衡层将筛选出最优矢量，而最终实现控制效果的是开关状态，根据矢量存在冗余开关状态，采用排序筛选来实现相内电容电压平衡；步骤四、实现分层控制中电流跟踪层的邻近矢量寻优预测控制，对于当前时刻，在电压矢量图中能找到最优的电压矢量使电流价值函数最小，选择电压矢量而不用电流矢量的原因是可以根据参考电容电压建立一个输出电压基本矢量表，为了便于对电压矢量进行筛选，将电流价值函数修改为电压价值函数间接地对电流进行控制，参考电压表示在电压矢量图中，价值函数所表达的是在电压矢量表中去找到一个矢量使得矢量间的范数最小，即距离参考电压矢量最近的一个矢量即为最优；通过以下方法实现邻近寻优，第一步定义一个初始搜索点，即当前作用的电压矢量，并建立每个矢量的相邻矢量表，第二步，判断参考矢量坐标相对当前矢量的位置，以邻近矢量分为6个扇区，判断其在哪个扇区方向，第三步，计算所选扇区三角形区域的三个顶点的矢量，从这3个矢量中择优，重复上述步骤，更新基准矢量，建立其相邻矢量表，扇区选择后计算扇区矢量的优劣选择最优的作为下一次搜索的基准矢量点，直到两次步骤选中的矢量结果一致，即得到最优的矢量，当前时刻选中的最优矢量存储下来用做下一时刻预测计算搜索的初始基准矢量，预测控制中所有的之前的信息都可以用作对未来的预测，利用当前时刻电压矢量，减少搜索的范围。

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