一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法技术

本发明专利技术提供了单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法：步骤一：在k采样时刻，通过获取当前i

【技术实现步骤摘要】
一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法
本专利技术属于并网型逆变器电源的电流控制
，涉及一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法。
技术介绍
有限状态集模型预测控制(finitecontrolsetmodelpredictivecontrol,FCS-MPC)对数字化离散控制系统来说，是一种具有快速动态响应和强鲁棒性的非线性控制方法，在电力电子变换器领域有着广泛的应用前景。随着数字处理芯片的迅猛发展，FCS-MPC是当今一个受到广泛研究应用的热点方法。凭借着其离散控制特性与逆变器有限开关状态的相互切合，在无需过多参数设计的情况下，取得了良好的非线性控制效果。然而模型预测控制也存在着依赖高采样频率，开关频率不固定，谐波频谱分散和多开关变量遍历寻优导致的计算负担重等问题。在单相并网逆变器模型预测电流控制算法的应用中，针对典型的逆变电路拓扑结构，其三种有限的有效开关状态，极大地限制了FCS-MPC控制性能和算法优越性的体现。同时针对并网型逆变器，对比负载型逆变器来说，电网自身存在阻抗较小，谐波通过率高等特性，同时结合直流侧电压的升高，使得其输出信号的波动误差进一步增大。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足与缺陷，本专利技术的目的在于公开一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法，解决现有技术中开关频率不固定、输出波形频谱分散的技术问题。为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法，该方法包括电压源型单相并网逆变器，所述的电压源型单相并网逆变器包括与逆变器H桥并联的母线电容，逆变器H桥是电压源型单相并网逆变器驱动部分，逆变器H桥由四个集成反并联二极管的开关管S1，S2，组成，在同一桥臂的两管开关状态为互补导通，滤波器形式为单电感L，逆变器输出回路等效电阻为R，通过汇流条在满足本地负载需的同时，经隔离变压器接入电网；该方法包括如下步骤：步骤一：在k采样时刻，通过获取当前io(k)和ug(k)，将四种不同开关状态的相应输出电压uout(k)分别带入式Ⅰ，计算电压源型单相并网逆变器非零输出电压开关状态的作用时间tNZ；其中：λ＝uout(k)-Rio(k)-ug(k)，L为电压源型单相并网逆变器输出滤波器电感，R为电压源型单相并网逆变器输出回路等效电阻，Ts为控制系统采样时间周期，ug(k)为k采样时刻时的电网电压，io(k)为k采样时刻时电网电流，uout(k)为k采样时刻时的输出电压，为k+1采样时刻时的电压源型单相并网逆变器输出电网电流给定，逆变器H桥四种开关状态(s1，s2)＝(1,0)、(0,0)、(1,1)或(0,1)，对应产生三种输出电压uout，其对应关系为Udc为电压源型单相并网逆变器直流侧电压；步骤二：对步骤一中计算得到的tNZ进行判断，若存在tNZ满足0≤tNZ≤Ts，执行步骤三；若不存在tNZ满足0≤tNZ≤Ts，执行步骤四；步骤三：对满足0≤tNZ≤Ts的tNZ，零输出电压开关状态作用时间tZ即为：tZ＝Ts-tNz通过价值函数g1对预测输出电流进行评价，选取使价值函数g1取值最小的tNZ对应的开关状态为最优开关状态，价值函数g1为：其中，为k采样时刻时的电压源型单相并网逆变器输出电网电流给定，io(k+tNZ)为k+tNZ时刻的电网电流；选取的最优开关状态中tNZ为开关管开通时间，电压源型单相并网逆变器输出非零电压，tZ为开关管关断时间，电压源型单相并网逆变器输出零电压；步骤四：通过传统模型预测电流控制计算方法，通过价值函数g2对预测输出电流进行评价，选取使价值函数g2取值最小的开关状态为最优开关状态；所述的步骤四具体步骤如下：将步骤一中得到的io(k)和ug(k)，和四种不同开关状态的相应输出电压uout(k)带入式Ⅳ，可以得到相对应的k+1时刻预测输出电流n为逆变器H桥开关状态数；通过式Ⅴ的价值函数g2评估得到的多个开关状态并输出最优开关状态，选取使价值函数g2取值最小的uout(k)对应的开关状态为最优开关状态：步骤五：选取步骤三或步骤四中的最优开关状态，作用在电压源型单相并网逆变器上输出最优的选择输出电压，之后输出电网电流实现对给定电流的跟踪。本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：(Ⅰ)本专利技术的方法本专利技术设计的单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法，通过单周期非零输出电压开关状态和零输出电压开关状态的集合控制集，实现了在单相并网逆变器中的定频模型预测电流控制，改善了单相并网逆变器输出并网电流的波形品质。(Ⅱ)本专利技术的方法具有很好的动态响应能力，可以显著地减小纹波，抑制了分散的谐波频谱。附图说明图1是单相并网逆变器模型预测电流控制系统结构图；图2是本专利技术控制方法的流程图；图3是传统算法并网电压电流示意图；图4是传统算法并网电流波动误差示意图；图5是本专利技术并网电压电流示意图；图6是本专利技术并网电流波动误差示意图；图7是传统算法并网电流示意图；图8是传统算法并网电流谐波频谱图；图9是本专利技术并网电流示意图；图10是本专利技术并网电流谐波频谱图；以下结合附图和实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。由于本专利技术的电压源型单相并网逆变器包括四个集成反并联二极管的开关管S1，S2，组成的逆变器H桥，在同一桥臂的两管开关状态为互补导通，以避免直通使得直流侧电源短路，所以对应四种开关状态(s1，s2)＝(1,0)、(0,0)、(1,1)或(0,1)，1为开，0为关；由于开关状态(s1，s2)为(0,0)或(1,1)时对应的输出电压相同，所以四种开关状态对应产生三种输出电压uout。实施例1：遵从上述技术方案，本专利技术设计的单相并网逆变器定频模型预测电流控制系统结构如图1所示。直流侧采用稳压型直流电压源，并联母线电容。功率变换电路部分的四个集成反并联二极管的开关管，在同一桥臂的两管开关状态为互补导通，以避免直通使得直流侧电源短路。本专利技术的方法包括电压源型单相并网逆变器，所述的电压源型单相并网逆变器包括与逆变器H桥并联的母线电容，逆变器H桥由四个集成反并联二极管的开关管S1，S2，组成，在同一桥臂的两管开关状态为互补导通，滤波器形式为单电感L，电压源型单相并网逆变器输出回路等效电阻为R，经隔离变压器接入电网；本专利技术控制方法的流程如图2所示。具体流程如下：本专利技术的电压源型单相并网逆变器只存在四种开关状态对应产生三种可能的输出电压uout，其对应关系为其中，Udc为电压源型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法，该方法包括电压源型单相并网逆变器，所述的电压源型单相并网逆变器包括与逆变器H桥并联的母线电容，逆变器H桥由四个集成反并联二极管的开关管S

【技术特征摘要】
1.一种单相并网逆变器定频模型预测电流控制方法，该方法包括电压源型单相并网逆变器，所述的电压源型单相并网逆变器包括与逆变器H桥并联的母线电容，逆变器H桥由四个集成反并联二极管的开关管S1，S2，组成，在同一桥臂的两管开关状态为互补导通，滤波器形式为单电感L，逆变器输出回路等效电阻为R，经隔离变压器接入电网；
其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在k采样时刻，通过获取当前io(k)和ug(k)，将四种不同开关状态的相应输出电压uout(k)分别带入式I，计算电压源型单相并网逆变器非零输出电压开关状态的作用时间tNZ；



其中：
λ＝uout(k)-Rio(k)-ug(k)，
L为电压源型单相并网逆变器输出滤波器电感，
R为电压源型单相并网逆变器输出回路等效电阻，
Ts为控制系统采样时间周期，
ug(k)为k采样时刻时的电网电压，
io(k)为k采样时刻时电网电流，
uout(k)为k采样时刻时的输出电压，

为k+1采样时刻时的电压源型单相并网逆变器输出电网电流给定，
逆变器H桥四种开关状态(s1，s2)＝(1，0)、(0，0)、(1，1)或(0，1)，对应产生三种输出电压uout，其对应关系为



Udc为电压源型单相并网逆变器直流侧电压；
步骤二：对步骤一中计算得到的tNZ进行判断，若存在tNZ满足0≤tNZ≤Ts，执行步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震，胡欣，巫春玲，相里康，龚建英，段晨东，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61