一种三相四线逆变器的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种分裂电容式三相四线逆变器的控制方法及系统，其中方法包括：步骤1，获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态；建立负载扰动状态下三相四线逆变器的变量关系模型；步骤2，获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律；获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值；步骤3，在所述三相四线逆变器每一采样周期中，选择所有开关状态中使得代价函数结果值最小的开关状态，作为所述三相四线逆变器下一采样周期的开关状态。本发明专利技术能够有效抑制负载扰动下输出滤波电容电压的畸变，使逆变器输出正弦对称的三相电压，直流侧均压效果好；同时可以使得直流侧在电容容值大小不一致的情况下获得良好的均压效果。

【技术实现步骤摘要】
一种三相四线逆变器的控制方法及系统
本专利技术涉及逆变器控制
，更具体地，涉及一种三相四线逆变器的控制方法及系统。
技术介绍
目前，随着电力电子技术的发展，三相逆变器广泛的应用于智能电网、可再生能源系统、分布式发电系统等系统当中。当三相逆变器带不平衡负载，或者逆变器并联在不平衡电网当中；通常需要采用三相四线制逆变器，三相四线制逆变器一般分为两种：分裂电容式、四桥臂式。在分裂电容式三相四线逆变器中，分裂电容的中点作为负载的中性点，中性线为零序电流提供通道，最终中性线电流流入分裂电容中点当中。而三相逆变器开环工作在负载扰动的情形下输出电压容易发生畸变。传统技术中，解决上述技术问题通常采用闭环控制抑制负载扰动下输出电压波形的畸变。然而，传统技术中输出电压闭环控制通过设计合适的PI控制器、重复控制器等实现，此种方法的缺点为控制器设计过程更为复杂。
技术实现思路
本专利技术为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供一种三相四线逆变器的控制方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种三相四线逆变器的控制方法，包括：步骤1，获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态；建立负载扰动状态下三相四线逆变器的变量关系模型；步骤2，获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律；获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值；步骤3，在所述三相四线逆变器每一采样周期中，选择所有开关状态中使得代价函数结果值最小的开关状态，作为所述三相四线逆变器下一采样周期的开关状态。根据本专利技术的一个方面，提供一种三相四线逆变器的控制系统，包括获取模块、计算模块和选择模块：所述获取模块，与所述计算模块相连，用于获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态；建立负载扰动状态下三相四线逆变器的变量关系模型；所述计算模块，分别与所述获取模块和选择模块相连，用于获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律；获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值；所述选择模块，与所述计算模块相连，用于在所述三相四线逆变器每一采样周期中，选择所有开关状态中使得代价函数结果值最小的开关状态，作为所述三相四线逆变器下一采样周期的开关状态。本申请提出一种三相四线逆变器的控制方法及系统，其中控制方法根据三相四线逆变器电路的拓扑结构，建立电路输入侧和输出侧的状态方程，并确定输入输出之间的关系矩阵；确定逆变器满足物理约束条件下所有的开关组合状态的数目；将状态空间方程离散化之后得到下一时刻输出滤波电容电压的预测值和直流侧电容电压预测值；确定代价函数，采用有限集预测控制策略，在每一个采样周期时刻，选择使评价函数最小的开关状态作为下一个时刻的开关状态。本专利技术所提出的控制方案能够有效抑制负载扰动下输出滤波电容电压的畸变，使逆变器输出正弦对称的三相电压，直流侧均压效果好。同时，该方法可以使得直流侧在电容容值大小不一致的情况下得到良好的均压效果。附图说明图1为根据本专利技术实施例分裂电容式三相四线逆变器拓扑结构示意图；图2为根据本专利技术实施例一种三相四线逆变器的控制方法的整体流程示意图；图3为根据本专利技术实施例分裂电容式三相四线逆变器3矢量开关状态集合示意图；图4为根据本专利技术实施例分裂电容式三相四线逆变器6矢量开关状态集合示意图；图5为根据本专利技术实施例利用一种三相四线逆变器的控制方法进行试验中直流侧电压均压示意图；图6为根据本专利技术实施例利用一种三相四线逆变器的控制方法进行试验中不平衡负载下输出电压及负载电流示意图；图7为根据本专利技术实施例利用一种三相四线逆变器的控制方法进行试验中非线性负载下系统电路示意图；图8为根据本专利技术实施例利用一种三相四线逆变器的控制方法进行试验中非线性负载下输出电压及负载电流示意图；图9为根据本专利技术实施例一种三相四线逆变器的控制系统的整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。近年来、预测控制方法广泛运用于电力电子变换器中；此方法实现简单、步骤明确、得到的系统性能优良。然而、该方法未见使用于分裂电容式三相四线逆变器中。因此有必要设计一种负载扰动下三相四线逆变器预测控制方法，使得输出电压性能优良、直流侧均压效果好。本专利技术目的在于设计一种负载扰动下三相四线逆变器预测控制方法，以解决负载扰动下三相四线逆变器输出电压畸变以及分裂电容不易均压的问题。如图2，示出本专利技术一个具体实施例中一种三相四线逆变器的控制方法整体流程示意图。总体上，包括：步骤1，获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态；建立负载扰动状态下三相四线逆变器的变量关系模型；步骤2，获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律；获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值；步骤3，在所述三相四线逆变器每一采样周期中，选择所有开关状态中使得代价函数结果值最小的开关状态，作为所述三相四线逆变器下一采样周期的开关状态。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述步骤3后还包括:步骤4，根据直流侧电容直流电压初始分量、电容容值大小情况，采取不同的开关组合状态集。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述步骤1中变量关系模型包括：直流电压与输出电压的关系矩阵、直流电流与输出滤波器电感电流之间的关系矩阵。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述步骤2中获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律还包括：利用直流侧电容微分方程计算所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述步骤2中获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值还包括：利用输出滤波器状态方程计算所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态具体为在满足电路物理约束的条件下，确定逆变器所有开关状态组合：上下桥臂不能直通，输出侧不能开路；上下桥臂有且只有一个开关导通；在上述约束条件下，每个开关的状态应满足：可得逆变器开关状态组合数为：2*2*2＝8种。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述直流电压与输出电压的关系矩阵如式(1)所示，直流电流与输出滤波器电感电流之间的关系矩阵如式(2)所示：其中，cd1、cd2为直流侧电容；uc1、uc2分别为所述逆变器中cd1、cd2上的电压；uoa、uob和uoc分别为所述逆变器A相、B相和C相的输出电压；ila、ilb和ilc分别为A相、B相和C相的滤波电感上的电流；sA、为A相桥臂上下两个开关；sB、为B相桥臂上下两个开关；sC、为C相桥臂上下两个开关；si,表示该开关的状态，si＝1表示上桥臂导通，表示下桥臂导通；si＝0表示上桥臂关断，表示下桥臂关断。在本专利技术另一个具体实施例中，一种三相四线逆变器的控制方法，所述利用直流侧电容微分方程计算所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律还包括：建立直流侧微分方程：in＝-ila-ilb-ilc(4)Δuc＝uc1-uc2(5)其中cd1、cd2为直流侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相四线逆变器的控制方法，其特征在于，包括：步骤1，获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态；建立负载扰动状态下三相四线逆变器的变量关系模型；步骤2，获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律；获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值；步骤3，在所述三相四线逆变器每一采样周期中，选择所有开关状态中使得代价函数结果值最小的开关状态，作为所述三相四线逆变器下一采样周期的开关状态。

【技术特征摘要】
1.一种三相四线逆变器的控制方法，其特征在于，包括：步骤1，获取待预测三相四线逆变器的所有开关状态；建立负载扰动状态下三相四线逆变器的变量关系模型；步骤2，获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律；获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值；步骤3，在所述三相四线逆变器每一采样周期中，选择所有开关状态中使得代价函数结果值最小的开关状态，作为所述三相四线逆变器下一采样周期的开关状态。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3后还包括:步骤4，根据直流侧电容直流电压初始值、电容容值大小情况，采取不同的开关组合状态集。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中变量关系模型包括：直流电压与输出电压的关系矩阵、直流电流与输出滤波器电感电流之间的关系矩阵。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中获得所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律还包括：利用直流侧电容微分方程计算所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中获得所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值还包括：利用输出滤波器状态方程计算所述三相四线逆变器下一个采样周期输出侧电感电流及电容电压的预测值。6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直流电压与输出电压的关系矩阵如式(1)所示，直流电流与输出滤波器电感电流之间的关系矩阵如式(2)所示：其中，cd1、cd2为直流侧电容；uc1、uc2分别为所述逆变器中cd1、cd2上的电压；uoa、uob和uoc分别为所述逆变器A相、B相和C相的输出电压；ila、ilb和ilc分别为A相、B相和C相的滤波电感上的电流；sA、为A相桥臂上下两个开关；sB、为B相桥臂上下两个开关；sC、为C相桥臂上下两个开关；表示该开关的状态，si＝1表示上桥臂导通，表示下桥臂导通；si＝0表示上桥臂关断，表示下桥臂关断。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用直流侧电容微分方程计算所述三相四线逆变器直流侧电容电压变化规律还包括：建立直流侧微分方程：1in＝-ila-ilb-ilc(4)Δuc＝uc1-uc2(5)其中cd1、cd2为直流侧电容；uc1、uc2分别为cd1、cd2上的电压；ila、ilb、ilc分别为A相、B相、C相的滤波电感上的电流；in为逆变器中性线电流；Δuc为两个直流电压之差；将式(3)-(5)进行离散化，利用前向差分方法，定义采样周期为Ts，计算电容压差下一时刻的预测值为：

【专利技术属性】
技术研发人员：车如宇，孙尧，杨建，粟梅，万江湖，刘福临，赵梓亦，董辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43