Ｚ源型并网逆变器的电流预测无差拍控制方法及其控制装置制造方法及图纸

Ｚ源型并网逆变器的电流预测无差拍控制方法及其控制装置，属于电能变换领域。用于并网发电。它克服了现有的控制方法存在采样延迟的缺陷。在每个采样周期内，采用鲁棒预测算法预测下一个周期的并网电流，并根据逆变器的电压方程计算出所需的逆变电压，以实现并网电流的无差拍控制，以及具有“直通零矢量”的单相电压空间矢量调制方法用于产生直通状态和逆变电压的脉宽调制波形，以实现对直流电容电压和并网逆变电压的控制。实现装置包括中央处理单元，同步信号产生电路，电压、电流检测电路，隔离驱动电路。本发明专利技术具有控制精度高、易于数字化实现、对逆变侧电感参数变化鲁棒性较强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种z源型并网逆变器的电流预测无差拍控制方法及实现装置，属于电能变换领域。
技术介绍
在全球能源紧缺问题日益凸显的今天，以风电、太阳能发电为代表的可再生能源发电成为当前解决这一问题的有效途径。在可再生能源的利用方面，并网发电因其具有发电形式灵活、电能传输方便、便于二次转换等优点成为发电利用的主流。 在并网发电系统中，传统的并网逆变器采用DC-DC-AC的两级式电能变换结构，造成系统转换效率相对较低，同时体积较大，成本较高。围绕着适应可再生能源发电领域的先进电能变换技术的研究成为当前的研究热点。Z源逆变器是近几年提出的一种新型逆变器拓扑，它采用单级拓扑结构实现了直流电压和交流逆变电压的同时控制，相对于传统逆变器，显著提高了系统效率；另外，逆变器上下桥臂功率器件能够工作于直通状态，提高了系统的安全性。上述优良特性使得Z源逆变器在风力发电、太阳能发电等可再生发电领域具有广泛的应用前景。 由于Z源逆变器的工作特点，要求调制(P丽)方法能够产生直通状态，进而对直流 电压进行控制。在目前应用于Z源逆变器的P丽方法中，对于三相电路结构，基于电压空 间矢量P丽(SVP丽)方法，通过在零矢量作用区间施加直通零矢量，只需在传统SVP丽实现 方法基础上，增加相应的软件程序，在不影响有效输出电压矢量的前提下能够同时实现直 流电压的控制，相对于SP丽等方法，具有明显的优势。对于单相系统，近几年提出的单相 SVP丽(Single PhaseSVP丽，SPSVM)方法的灵活性较高，通过合理地分割和分配各个基本电 压空间矢量的作用时间可以得到不同的调制方式，有利于开关优化，减小开关损耗；此外， 简单的算法使其更易于数字化实现。但是传统单相SVP丽方法没有直通状态，无法直接应 用于Z源逆变器中。 在并网电流的控制策略方面，主要包括比例-积分控制、滞环控制以及无差拍控 制策略。比例-积分控制中的积分环节会带来相移以及稳态误差等问题，滞环控制具有较 快的动态响应，但传统方法工作频率不固定，为滤波器的设计带来困难。基于无差拍控制的 电流算法是在每个开关周期末采样逆变器输出电流，计算逆变器调制系数，从而达到实时 跟踪参考电流的目的，特别适合于并网电流的瞬时控制，但传统方法存在采样延迟，因此通 常结合电流、电网电压的预测算法，以提高系统的控制性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供Z源型并网逆变器的电流预测无差拍控制方法及其控制装 置，以克服现有的控制方法存在采样延迟的缺陷。 它的控制方法包括下述步骤一、在每个采样周期的采样时间点分别采集并网电3流和电网电压信号；二、采集电网电压相位，计算其正弦值，再与给定的并网电流幅值相乘 得到与电网电压同步的该采样时间点并网电流给定信号的瞬时值；三、根据步骤一获得的 电压、电流信号估算出下一个采样时间点的并网电流瞬时值；四、将步骤二、步骤三的计算 结果带入并网逆变器的电压方程计算出当前采样时间点的Z源逆变器输出电压给定值； 五、采集直流电容电压，并与直流电容电压给定值进行闭环调节，调节器输出为Z源逆变器 直通占空比；六、将步骤四、步骤五的计算结果作为具有"直通零矢量"单相电压空间矢量调 制方法的输入量，计算出Z源逆变器各个开关管的占空比，从而控制Z源逆变器的电压输出 Z源型并网逆变器的电流预测无差拍控制装置由并网电流检测电路1、电网电压 检测电路2、同步信号产生电路3、隔离驱动电路4、中央处理单元5和电容电压检测电路6 组成，并网电流检测电路1的信号输出端连接中央处理单元5的一个信号输入端以实现对 并网电流值的采样，电网电压检测电路2的输出端连接中央处理单元5的另一个信号输入 端以实现电网电压信号的采样，电网电压检测电路2的输出端还与同步信号产生电路3的 信号输入端相连以获得电网电压同步信号，同步信号产生电路3的信号输出端连接中央处 理单元5的另一个信号输入端以实现电网电压相位检测，中央处理单元5的信号输出端连 接隔离驱动电路4的信号输入端以实现在中央处理单元5中运算处理后得到的调制信号通 过隔离驱动电路4作用到Z源型逆变器的开关管上，电容电压检测电路6的信号输出端连 接中央处理单元5的另一个信号输入端以实现Z源网络电容两端电压信号的提取。 本专利技术的方法和装置在每个采样周期内，采用鲁棒预测算法预测下一个周期的并 网电流，并根据逆变器的电压方程计算出所需的逆变电压，从而实现了并网电流的无差拍 控制。本专利技术的方法和装置采用预测下一周期电流变化的策略来产生逆变器的脉宽调制信 号，因此克服了现有的控制方法存在采样延迟，对滤波器件参数变化的鲁棒性差等缺陷。附图说明 图1为Z源并网逆变器电流预测无差拍控制方法的原理示意图。图2为Z源逆变 器主电路的结构示意图。图3为SPSVM各电压矢量分布图。图4(a)和图4(b)为具有直通 零矢量的SPSVM优化开关模式示意图。图5为本专利技术方法步骤一中采样与控制时序原理 图。图6(a)为鲁棒电流预测无差拍控制算法原理框图。图6(b)为鲁棒电流预测无差拍控 制算法的简化框图。图7为Z源逆变器与本专利技术控制装置的连接结构原理图。图8(a)和 图8(b)为Z源并网逆变器的控制装置中的软件流程图。具体实施例方式具体实施方式一 下面结合图1至图6具体说明本实施方式。本实施方式的控制 方法包括下述步骤它的控制方法包括下述步骤一、在每个采样周期的采样时间点分别 采集并网电流和电网电压信号；二、采集电网电压相位，计算其正弦值，再与给定的并网电 流幅值相乘得到与电网电压同步的该采样时间点并网电流给定信号的瞬时值；三、根据步 骤一获得的电压、电流信号估算出下一个采样时间点的并网电流瞬时值；四、将步骤二、步 骤三的计算结果带入并网逆变器的电压方程计算出当前采样时间点的Z源逆变器输出电 压给定值；五、采集直流电容电压，并与直流电容电压给定值进行闭环调节，调节器输出为4Z源逆变器直通占空比；六、将步骤四、步骤五的计算结果作为具有"直通零矢量"单相电压 空间矢量调制方法的输入量，计算出Z源逆变器各个开关管的占空比，从而控制Z源逆变器 的电压输出量。 Z源并网逆变器的电流预测无差拍控制方法的算法原理图如图1所示，Z源逆变器 采用直流电容电压和并网逆变电流的独立闭环控制结构。图中Uc*为直流电容电压给定，d'右为直通占空比，包括具有直通零矢量的SPSVM算法，直流电容电压闭环控制算法，并网电賴 的预测及无差拍控制算法。( — )下面分析SPSVM原理及"直通零矢量"产生方法 按照三相电压空间矢量的思想，逆变器输出电压可以看作是左、右桥臂输出电压 的合成电压矢量，艮卩 ^ = T (1) 在图2所示的逆变器中共有4个开关管，定义开关函数 〖1导通 关断<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，p代表上管，n代表下管。与一般单相逆变器的开关状态不同的是，Z源逆变 器多出了 3个直通状态用于升压，其开关状态如表1所示，其中Ue为直流电容电压。 各个状态形成了不同的离散电压矢量，定义如表l所示。上面两个开关全部闭 合或下面两个开关全部闭合的非直通零矢量^ 、^ ，任一桥臂上下直通状态的直通零矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ｚ源型并网逆变器的电流预测无差拍控制方法，其特征在于它的控制方法包括下述步骤：一、在每个采样周期的采样时间点分别采集并网电流和电网电压信号；二、采集电网电压相位，计算其正弦值，再与给定的并网电流幅值相乘得到与电网电压同步的该采样时间点并网电流给定信号的瞬时值；三、根据步骤一获得的电压、电流信号估算出下一个采样时间点的并网电流瞬时值；四、将步骤二、步骤三的计算结果带入并网逆变器的电压方程计算出当前采样时间点的Ｚ源逆变器输出电压给定值；五、采集直流电容电压，并与直流电容电压给定值进行闭环调节，调节器输出为Ｚ源逆变器直通占空比；六、将步骤四、步骤五的计算结果作为具有“直通零矢量”单相电压空间矢量调制方法的输入量，计算出Ｚ源逆变器各个开关管的占空比，从而控制Ｚ源逆变器的电压输出量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凤江，孙立志，孙力，赵克，王有琨，孙光亚，修永文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]