一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统技术方案

本申请公开了一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统，该方法包括：获取当前时刻的电网电压、逆变器输出电流和直流母线电压；计算当前时刻下逆变器的参考输出电压；计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，将得到的九个目标函数值中数值最小的一个目标函数值作为最优目标函数值，并根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压。本申请在构建了预设控制目标函数的基础上，通过有限的开关状态模型，进而实现了对下一时刻直流母线电压的预测控制，由此便可实现对逆变器有功功率、无功功率和中性点电压平衡控制，而无需利用复杂的PWM控制和电流闭内环，从而简化了T型三电平单相并网逆变器的控制过程。

【技术实现步骤摘要】
一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统
本专利技术涉及并网逆变器控制
，特别涉及一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统。
技术介绍
近年来，随着能源消耗逐年增加，常规能源日益枯竭，太阳能和风能等可再生能源得到迅速的发展。并网逆变器作为分布式发电系统与电网连接的桥梁，是分布式发电系统的核心。其中，T型三电平单相并网逆变器是一种重要的并网逆变器，其具有较少的功率开关管以及逆变器效率高等优点。现有技术主要是通过dq旋转坐标系下的PI控制法或静止坐标系下的准谐振控制法等控制方法对T型三电平单相并网逆变器进行控制。然而，这些控制方法均涉及PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)控制和电流闭内环，导致其控制过程较为复杂，灵活性较差。综上所述可以看出，如何简化T型三电平单相并网逆变器的控制过程，从而提高控制灵活度是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统，简化了T型三电平单相并网逆变器的控制过程，从而提高了控制灵活度。其具体方案如下：一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法，应用于T型三电平单相并网逆变器，所述逆变器包括功率开关管集，所述功率开关管集包括位于a相桥臂的第一功率开关管组和位于b相桥臂的第二功率开关管组，每一功率开关管组均包括四个功率开关管；其中，所述功率开关管集可形成九种开关状态；所述方法包括：获取当前时刻的电网电压、逆变器输出电流和直流母线电压，其中，所述逆变器输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的输出电流，所述直流母线电压包括正母线电压和负母线电压；利用所述电网电压和所述逆变器输出电流，计算当前时刻下所述逆变器的参考输出电压；利用所述参考输出电压、所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值；所述预设控制目标函数为预先确定的用于计算中性点电压偏离程度的函数；将所述九个目标函数值中数值最小的一个目标函数值作为最优目标函数值，并根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压。优选的，所述利用所述电网电压和所述逆变器输出电流，计算当前时刻下所述逆变器的参考输出电压的过程具体包括：利用线性插值法，对当前时刻和历史时刻下所述逆变器的参考输出电流进行插值运算，得到下一时刻所述逆变器的参考输出电流，其中，所述逆变器的参考输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的参考输出电流；利用所述电网电压、所述逆变器输出电流和下一时刻所述逆变器的参考输出电流，计算得到所述参考输出电压。优选的，所述利用所述参考输出电压、所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值的过程包括：利用当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算当前时刻下所述逆变器每一种开关状态所对应的输出电压，相应地得到九个输出电压值；利用所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算下一时刻所述逆变器每一种开关状态所对应的直流母线电压，相应地得到九组直流母线电压值，其中，一组直流母线电压值包括一个正母线电压值和一个负母线电压值；利用所述参考输出电压、所述九个输出电压值和所述九组直流母线电压值，分别计算每一种开关状态下所述预设控制目标函数的函数值，相应的得到所述九个目标函数值；其中所述九个目标函数值与所述九组直流母线电压值一一对应。优选的，所述根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压的过程包括：将与该最优目标函数值所对应的一组直流母线电压值确定为下一时刻最优的直流母线电压的电压值。优选的，所述预设控制目标函数为：其中，为所述参考输出电压，uab(k)表示所述输出电压值、Vp(k+1)表示下一时刻的正母线电压值，Vn(k+1)表示下一时刻的负母线电压值，λv为中性点电压平衡权重系数。优选的，λv的取值为0.3。本专利技术还公开了一种T型三电平单相并网逆变器的控制系统，应用于T型三电平单相并网逆变器，所述逆变器包括功率开关管集，所述功率开关管集包括位于a相桥臂的第一功率开关管组和位于b相桥臂的第二功率开关管组，每一功率开关管组均包括四个功率开关管；其中，所述功率开关管集可形成九种开关状态；所述系统包括：数据获取模块，用于获取当前时刻的电网电压、逆变器输出电流和直流母线电压，其中，所述逆变器输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的输出电流；第一计算模块，用于利用所述电网电压和所述逆变器输出电流，计算当前时刻下所述逆变器的参考输出电压；第二计算模块，用于利用所述参考输出电压、所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值；所述预设控制目标函数为预先确定的用于计算中性点电压偏离程度的函数；电压确定模块，用于将所述九个目标函数值中数值最小的一个目标函数值作为最优目标函数值，并根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压。优选的，所述第一计算模块包括：第一计算单元，用于利用线性插值法，对当前时刻和历史时刻下所述逆变器的参考输出电流进行插值运算，得到下一时刻所述逆变器的参考输出电流，其中，所述逆变器的参考输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的参考输出电流；第二计算单元，用于利用所述电网电压、所述逆变器输出电流和下一时刻所述逆变器的参考输出电流，计算得到所述参考输出电压。优选的，所述第二计算模块包括：第三计算单元，用于利用当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算当前时刻下所述逆变器每一种开关状态所对应的输出电压，相应地得到九个输出电压值；第四计算单元，用于利用所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算下一时刻所述逆变器每一种开关状态所对应的直流母线电压，相应地得到九组直流母线电压值；第五计算单元，用于利用所述参考输出电压、所述九个输出电压值和所述九组直流母线电压值，分别计算每一种开关状态下所述预设控制目标函数的函数值，相应的得到所述九个目标函数值；其中所述九个目标函数值与所述九组直流母线电压值一一对应。优选的，所述预设控制目标函数为：其中，为所述参考输出电压，uab(k)表示所述输出电压值、Vp(k+1)表示下一时刻的正母线电压值，Vn(k+1)表示下一时刻的负母线电压值，λv为中性点电压平衡权重系数。本专利技术中，T型三电平单相并网逆变器的控制方法包括：获取当前时刻的电网电压、逆变器输出电流和直流母线电压；接着利用电网电压和逆变器输出电流，计算当前时刻下逆变器的参考输出电压；然后利用参考输出电压、逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值，其中，预设控制目标函数为预先确定的用于计算中性点电压偏离程度的函数；最后将九个目标函数值中数值最小的一个目标函数值作为最优目标函数值，并根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压。由上可见，本专利技术利用用于计算中性点电压偏离程度的预设控制目标函数，确定逆变器九种开关状态中每一个开关状态所对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，应用于T型三电平单相并网逆变器，所述逆变器包括功率开关管集，所述功率开关管集包括位于a相桥臂的第一功率开关管组和位于b相桥臂的第二功率开关管组，每一功率开关管组均包括四个功率开关管；其中，所述功率开关管集可形成九种开关状态；所述方法包括：获取当前时刻的电网电压、逆变器输出电流和直流母线电压，其中，所述逆变器输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的输出电流，所述直流母线电压包括正母线电压和负母线电压；利用所述电网电压和所述逆变器输出电流，计算当前时刻下所述逆变器的参考输出电压；利用所述参考输出电压、所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值；所述预设控制目标函数为预先确定的用于计算中性点电压偏离程度的函数；将所述九个目标函数值中数值最小的一个目标函数值作为最优目标函数值，并根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压。

【技术特征摘要】
1.一种T型三电平单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，应用于T型三电平单相并网逆变器，所述逆变器包括功率开关管集，所述功率开关管集包括位于a相桥臂的第一功率开关管组和位于b相桥臂的第二功率开关管组，每一功率开关管组均包括四个功率开关管；其中，所述功率开关管集可形成九种开关状态；所述方法包括：获取当前时刻的电网电压、逆变器输出电流和直流母线电压，其中，所述逆变器输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的输出电流，所述直流母线电压包括正母线电压和负母线电压；利用所述电网电压和所述逆变器输出电流，计算当前时刻下所述逆变器的参考输出电压；利用所述参考输出电压、所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值；所述预设控制目标函数为预先确定的用于计算中性点电压偏离程度的函数；将所述九个目标函数值中数值最小的一个目标函数值作为最优目标函数值，并根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压。2.根据权利要求1所述的T型三电平单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述利用所述电网电压和所述逆变器输出电流，计算当前时刻下所述逆变器的参考输出电压的过程具体包括：利用线性插值法，对当前时刻和历史时刻下所述逆变器的参考输出电流进行插值运算，得到下一时刻所述逆变器的参考输出电流，其中，所述逆变器的参考输出电流为所述a相桥臂或所述b相桥臂的参考输出电流；利用所述电网电压、所述逆变器输出电流和下一时刻所述逆变器的参考输出电流，计算得到所述参考输出电压。3.根据权利要求2所述的T型三电平单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述利用所述参考输出电压、所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算每一种开关状态下预设控制目标函数的函数值，相应的得到九个目标函数值的过程包括：利用当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算当前时刻下所述逆变器每一种开关状态所对应的输出电压，相应地得到九个输出电压值；利用所述逆变器输出电流、当前时刻的直流母线电压和所述九种开关状态，分别计算下一时刻所述逆变器每一种开关状态所对应的直流母线电压，相应地得到九组直流母线电压值，其中，一组直流母线电压值包括一个正母线电压值和一个负母线电压值；利用所述参考输出电压、所述九个输出电压值和所述九组直流母线电压值，分别计算每一种开关状态下所述预设控制目标函数的函数值，相应的得到所述九个目标函数值；其中所述九个目标函数值与所述九组直流母线电压值一一对应。4.根据权利要求3所述的T型三电平单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述根据该最优目标函数值，确定下一时刻最优的直流母线电压的过程包括：将与该最优目标函数值所对应的一组直流母线电压值确定为下一时刻最优的直流母线电压的电压值。5.根据权利要求1至4任一项所述的T型三电平单相并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述预设控制目标函数为：其中，为所述参考输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，樊明迪，何立群，谢门喜，朱忠奎，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32