一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法技术

本发明专利技术涉及逆变器并网控制技术领域，尤其是指一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，通过引入位操作处理的牛顿插值预测算法对无差拍并网控制中的延时问题进行补偿，通过基于倍频采样的在线电感辨识算法修正无差拍并网控制中的电感量偏差问题，解决了并网过程中的延时以及电感量偏差的问题，提高无差拍并网控制算法对全桥逆变电路的开关管的占空比控制的精确度，进而优化全桥逆变电路的输出电流的谐波含量和功率因数。

A Deadbeat Grid-connected Control Method Based on Interpolation Prediction and Inductance Compensation

The invention relates to the technical field of grid-connected control of inverters, in particular to a deadbeat grid-connected control method based on interpolation prediction and inductance compensation. The delay problem in deadbeat grid-connected control is compensated by introducing a Newton interpolation prediction algorithm with bit operation processing, and the inductance deviation in deadbeat grid-connected control is corrected by an on-line inductance identification algorithm based on frequency doubling sampling. The problem of delay and inductance deviation in the process of grid connection is solved, and the accuracy of duty cycle control of switching tubes in full bridge inverters is improved by the deadbeat grid connection control algorithm. Then the harmonic content and power factor of the output current of full bridge inverters are optimized.

【技术实现步骤摘要】
一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法
本专利技术涉及逆变器并网控制
，尤其是指一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法。
技术介绍
常用的全桥逆变控制算法有双PI闭环控制、PR控制、重复控制以及无差拍控制，其中双PI闭环控制是最常见的全桥并网控制方法，其电压外环与电流内环均采用PI控制，具有控制简单、易于实现、可靠性高的优点，但是传统PI控制对正弦参考电流难以达到理想的跟踪控制效果，并网电流存在稳态幅值误差及相位误差，同时系统的抗干扰能力有限；而无差拍算法根据全桥电路数学模型推理得到下一个控制周期所需输出的控制信号，具有控制结构简单、易于数字化实现、响应速度快的优点，同时可以在较宽的目标频率范围内减少谐波失真，但是传统无差拍算法需要依赖高精度的模型参数，同时在工程应用中存在控制延时的问题。在延时问题的处理上，目前采用了许多预测算法，实现超前一拍，并达到实时追踪电网电压变化的效果，较为常见的有重复控制预测算法、线性拟合预测算法以及牛顿插值预测算法这三种预测算法。其中，重复控制预测算法稳态精度高，但是动态响应性能差；而线性拟合预测算法具有计算量少，易于实现的特点，但是也存在误差较大、抗干扰性能较差等不足，与线性拟合预测算法相比，牛顿插值预测算法虽然预测误差更小，但算法计算量也随之增大。无差拍并网控制算法是一种基于硬件电路数学建模的控制算法，依赖于电气参数的精确性，特别是对滤波电感的参数变化较为敏感，在全桥逆变并网过程中，并网滤波电感的电感量会随着电感电流有效值、电感温度、开关频率的改变而发生变化，从而导致控制精度降低，并网电流谐波增加，电网电压与并网电流之间相位差增大等问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的问题提供一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，在传统的无差拍并网控制方法中增加插值预测和电感补偿的功能，解决并网过程中的延时以及电感量偏差的问题，提高无差拍并网控制算法对全桥逆变电路的开关管对占空比控制的精确度。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，包括以下步骤A.建立全桥逆变电路的数学模型；B.在全桥逆变电路的PWM驱动载波的顶点进行AD采样，再通过引入位操作的牛顿插值预测算法获取电网电压UT(n)和输出电流IT(n)；C.根据全桥逆变电路的离散状态方程，以电网电压UT(n)和输出电流IT(n)为离散状态方程的计算参数，计算全桥逆变电路的输出占空比为D(n)的PWM驱动；D.通过在线电感辨识算法，即增加AD采样的频率至PWM载波频率的两倍，获得无差拍并网控制中每个PWM驱动载波周期的电感辨识值LM(n)；E.将步骤C中的PWM驱动与步骤D中的电感辨识值LM(n)结合，作为全桥逆变电路的控制算法。优选的，全桥逆变电路的离散状态方程为式中，Ugrid为电网电压，IOUT为并网输出电流，Ugrid_ave(n)为电网电压在开关周期内的平均值，Uab_ave(n)为开关周期内Uab的平均值，L为电感值，T(n)为PWM驱动的周期。优选的，全桥逆变电路的输出占空比D(n)的方程为式中，TSW为全桥逆变电路PWM驱动控制信号的周期，IR(n+1)为第(n+1)个开关周期的输出电流参考值，VBUS为输入全桥逆变电路的电压采样值，UT(n)和IT(n)分别为电网电压和输出电流的采样结果。优选的，步骤B中所述引入位操作的牛顿插值预测算法的预测公式为：f(n+1)＝(y(n)<<2)-(y(n-1)<<2)-(y(n-1)<<1)+(y(n-2)<<2)-y(n-3)；其中，y(n)，y(n-1)，y(n-2)，y(n-3)是被预测参数在最近四个周期的AD采样结果，f(n+1)是被预测参数在下一个周期的预测值，位操作即先对被预测参数在最近四个周期的AD采样结果先进行位移操作，再将位移后的结果进行预测运算。优选的，步骤D中，所述在线电感辨识算法是在全桥逆变电路的PWM驱动载波的起始端点进行输出电流的AD采样，得到输出电流的AD采样值IB(n)，以输出电流IT(n)和输出电流IB(n)为全桥逆变电路的离散状态方程的参数，获取PWM驱动载波的电感辨识值LM(n)。优选的，电感辨识值LM(n)的方程为式中，TSW为全桥逆变电路PWM驱动控制信号的周期，VBUS为输入全桥逆变电路的电压采样值，IT(n)为电网输出电流的采样结果，Ugrid_ave(n)为电网电压在开关周期内的平均值。优选的，步骤D中，输出电流的AD采样点与全桥逆变电路的IGBT开关之间的时间裕量为tm，时间裕量tm的计算公式为：tm＝βTSW；其中，TSW为PWM驱动载波周期，β为时间裕量因子，且β应满足0<β<0.25和2β≤D(n)≤1-2β。优选的，在步骤E中的电感辨识值LM(n)对下一PWM驱动载波周期的电感值进行补偿时，增加低通滤波算法。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，通过引入位操作处理的牛顿插值预测算法对无差拍并网控制中的延时问题进行补偿，通过基于倍频采样的在线电感辨识算法修正无差拍并网控制中的电感量偏差问题，解决了并网过程中的延时以及电感量偏差的问题，提高无差拍并网控制算法对全桥逆变电路的开关管的占空比控制的精确度，进而优化全桥逆变电路的输出电流的谐波含量和功率因数。附图说明图1为本专利技术的全桥电路模型结构示意图。图2为本专利技术的输出电流电压与占空比关系示意图。图3为本专利技术中PWM载波、电网电压Ugrid以及输出电流IOUT的波形图。图4为本专利技术的预测误差仿真结果图。图5为本专利技术的电感初始值为0.5mH时无电感补偿的仿真波形图。图6为本专利技术的电感初始值为0.5mH时有电感补偿的仿真波形图。图7为本专利技术在电感初始值0.5mH时的在线电感辨识补偿结果图。图8为本专利技术在电感初始值5.0mH时的在线电感辨识补偿结果图。图9为本专利技术中不同电感初始值对输出电流谐波失真的影响。图10为本专利技术中不同电感初始值对输出电流有效值的影响。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。本实施例提供的一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，包括以下步骤A.建立全桥逆变电路的数学模型；B.在全桥逆变电路的PWM驱动载波的顶点进行AD采样，再通过引入位操作的牛顿插值预测算法获取电网电压UT(n)和输出电流IT(n)；C.根据全桥逆变电路的离散状态方程，以电网电压UT(n)和输出电流IT(n)为离散状态方程的计算参数，计算全桥逆变电路的输出占空比为D(n)的PWM驱动；D.通过在线电感辨识算法，即增加AD采样的频率至PWM载波频率的两倍，获得无差拍并网控制中每个PWM驱动载波周期的电感辨识值LM(n)；E.将步骤C中的PWM驱动与步骤D中的电感辨识值LM(n)结合，作为全桥逆变电路的控制算法。本实施例提供的一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，全桥逆变电路的离散状态方程为式中，Ugrid为电网电压，IOUT为并网输出电流，Ugrid_ave(n)为电网电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，其特征在于：包括以下步骤A.建立全桥逆变电路的数学模型；B.在全桥逆变电路的PWM驱动载波的顶点进行AD采样，再通过引入位操作的牛顿插值预测算法获取电网电压UT(n)和输出电流IT(n)；C.根据全桥逆变电路的离散状态方程，以电网电压UT(n)和输出电流IT(n)为离散状态方程的计算参数，计算全桥逆变电路的输出占空比为D(n)的PWM驱动；D.通过在线电感辨识算法，即增加AD采样的频率至PWM载波频率的两倍，获得无差拍并网控制中每个PWM驱动载波周期的电感辨识值LM(n)；E.将步骤C中的PWM驱动与步骤D中的电感辨识值LM(n)结合，作为全桥逆变电路的控制算法。

【技术特征摘要】
1.一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，其特征在于：包括以下步骤A.建立全桥逆变电路的数学模型；B.在全桥逆变电路的PWM驱动载波的顶点进行AD采样，再通过引入位操作的牛顿插值预测算法获取电网电压UT(n)和输出电流IT(n)；C.根据全桥逆变电路的离散状态方程，以电网电压UT(n)和输出电流IT(n)为离散状态方程的计算参数，计算全桥逆变电路的输出占空比为D(n)的PWM驱动；D.通过在线电感辨识算法，即增加AD采样的频率至PWM载波频率的两倍，获得无差拍并网控制中每个PWM驱动载波周期的电感辨识值LM(n)；E.将步骤C中的PWM驱动与步骤D中的电感辨识值LM(n)结合，作为全桥逆变电路的控制算法。2.根据权利要求1所述一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，其特征在于：全桥逆变电路的离散状态方程为式中，Ugrid为电网电压，IOUT为并网输出电流，Ugrid_ave(n)为电网电压在开关周期内的平均值，Uab_ave(n)为开关周期内Uab的平均值，L为电感值，T(n)为PWM驱动的周期。3.根据权利要求1所述一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，其特征在于：全桥逆变电路的输出占空比D(n)的方程为式中，TSW为全桥逆变电路PWM驱动控制信号的周期，IR(n+1)为第(n+1)个开关周期的输出电流参考值，VBUS为输入全桥逆变电路的电压采样值，UT(n)和IT(n)分别为电网电压和输出电流的采样结果。4.根据权利要求1所述一种基于插值预测和电感补偿的无差拍并网控制方法，其特征在于：步骤B中所述引入位操作的牛顿插值预测算法的预测公式为：f(n+1)＝(y(n)<<2)-(y(n-1)<&...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛家祥，林壮彬，朱亮华，晋刚，曾敏，
申请(专利权)人：东莞市钜大电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44