基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及單相并網(wǎng)逆變器控制方法，尤其是設(shè)及一種基于單相并網(wǎng)逆變器的低 開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，單相并網(wǎng)逆變器的控制作為其關(guān)鍵技術(shù)之一，得到了 快速的發(fā)展。目前，應(yīng)用于單相并網(wǎng)逆變器的控制策略有；比例積分控制、電流滯環(huán)控制、比 例諧振控制、電流預(yù)測(cè)控制、電流模型預(yù)測(cè)控制。比例積分控制應(yīng)用廣泛，控制思想簡(jiǎn)單，可 采用頻域分析和極點(diǎn)配置方法進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，存在的問(wèn)題是穩(wěn)態(tài)誤差難W消除，參數(shù)設(shè)計(jì) 較復(fù)雜；電流滯環(huán)控制方法簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但開(kāi)關(guān)頻率的不固定使得濾波器設(shè)計(jì)困難。 對(duì)于滯環(huán)控制，有人提出了一些定頻的方法，雖然改善了電流的頻譜特性，但使得控制變得 復(fù)雜，控制精度降低。比例諧振控制非常適合于單相控制系統(tǒng)，并且也可W實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控 審IJ，但存在的問(wèn)題是參數(shù)的設(shè)計(jì)和數(shù)字化實(shí)現(xiàn)比較困難。預(yù)測(cè)電流控制屬于線性控制的范 疇，具有控制精度高，電流諧波含量小等優(yōu)點(diǎn)，但存在的問(wèn)題是對(duì)模型參數(shù)準(zhǔn)確性依賴(lài)比較 強(qiáng)。電流模型預(yù)測(cè)控制是通過(guò)將系統(tǒng)的檢測(cè)量和所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)帶入系統(tǒng)的離散模型預(yù)測(cè)下 一個(gè)時(shí)刻的電流值，選取可使電流的預(yù)測(cè)值和參考值最接近的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)控制逆變器下一 個(gè)時(shí)刻的輸出。該種控制方法原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易，電流響應(yīng)速度快，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，但存 在的問(wèn)題是計(jì)算量大，開(kāi)關(guān)頻率比較高，在實(shí)際中還是難W運(yùn)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制存在計(jì)算量大、開(kāi)關(guān)損耗高、開(kāi)關(guān) 器件死區(qū)時(shí)間設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)而提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)、逆變器效率高、開(kāi)關(guān)損耗低的基于單 相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法。
[0004] 本發(fā)明的目的可W通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0005] 一種基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，包括W下步驟：
[0006] 1)判斷參考電流的方向，根據(jù)判斷結(jié)果選取逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)；
[0007] 2)獲取當(dāng)前開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，逆變器的交流輸出電壓矢量；
[000引 3)根據(jù)單相并網(wǎng)逆變器的離散狀態(tài)模型，計(jì)算并網(wǎng)電流預(yù)測(cè)值：
[0009]
[0010] 式中，k表示第k個(gè)離散值，R為網(wǎng)側(cè)等效電阻，i化-1)為上一時(shí)刻的并網(wǎng)電流值， L為交流電抗電感量，V是逆變器交流輸出電壓，e是電網(wǎng)電壓，L為系統(tǒng)采樣時(shí)間；
[0011] 4)獲取W下電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值及其對(duì)應(yīng)的電壓矢量：
[001引Gl(k) = |i*(k)-i00
[0013] 式中，r表示參考電流；
[0014] 5)計(jì)算相鄰時(shí)刻的控制誤差，判斷該控制誤差是否在限定范圍內(nèi)，若是，則保持前 一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出，若否，則選取當(dāng)前時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀 態(tài)輸出；
[0015] 6)W步驟5)獲得的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)逆變器進(jìn)行控制。
[0016] 所述步驟1)具體為：
[0017] 若參考電流在正半周，則逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管狀態(tài)為[1 0 0 1]或[1 0 0 0]，1 表示對(duì)應(yīng)位置的開(kāi)關(guān)管為通態(tài)，0表示對(duì)應(yīng)位置的開(kāi)關(guān)管為斷態(tài)；
[001引若參考電流在負(fù)半周，則逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管狀態(tài)為[0110]或[0100]。
[0019] 所述逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管中，開(kāi)關(guān)管Si和S2工作在基波頻率下。
[0020] 所述步驟5)中，通過(guò)降損指標(biāo)函數(shù)計(jì)算相鄰時(shí)刻的控制誤差，所述降損指標(biāo)函數(shù) 為：
[002UG2=iGlm化似-Glm化化-1)
[0022] 式中，Glmh(k)是當(dāng)前時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值，Glmi?；?1)是當(dāng)上一 時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值。
[0023] 所述控制誤差的限定范圍為0. 03I ~0. 07I。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0025](1)本發(fā)明加入?yún)⒖茧娏鞣较虻呐袛鄬?duì)電壓矢量進(jìn)行初步篩選，可W預(yù)先確定和 閉鎖部分開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，W此來(lái)降低開(kāi)關(guān)損耗；
[0026] (2)設(shè)置電流跟蹤差值為電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)，所有電壓矢量代入指標(biāo)函數(shù)進(jìn) 行尋優(yōu)，選出可使指標(biāo)函數(shù)最小的電壓矢量；
[0027](3)本發(fā)明通過(guò)加入一個(gè)降損指標(biāo)函數(shù)根據(jù)降損指標(biāo)函數(shù)，判定相鄰時(shí)刻的控制 誤差，若控制誤差在限定范圍內(nèi)，保持前一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出，否則選取當(dāng)前時(shí)刻滿足指標(biāo) 函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可W減小一些小擾動(dòng)帶來(lái)的開(kāi)關(guān)誤動(dòng)，W此進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān) 損耗，通過(guò)犧牲少量的控制精度，達(dá)到降低開(kāi)關(guān)損耗、增加裝置效率的目的；
[002引 （4)本發(fā)明控制方法還具有電流的跟蹤誤差更小、逆變器的效率更高、同一橋壁開(kāi) 關(guān)管死區(qū)延時(shí)的設(shè)計(jì)更容易等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明單相并網(wǎng)逆變器的模型預(yù)測(cè)控制結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明控制方法的流程示意圖；
[0031] 圖3為四種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的電流流向圖；
[003引其中，（3a)為開(kāi)關(guān)管Si、S4動(dòng)作時(shí)電流流向圖，（3b)為開(kāi)關(guān)管S1動(dòng)作，D3續(xù)流時(shí) 電流流向圖，（3c)為開(kāi)關(guān)管S2、S3動(dòng)作時(shí)電流流向圖，（3d)為開(kāi)關(guān)管S2動(dòng)作，D4續(xù)流時(shí)電 流流向圖；
[0033] 圖4為并網(wǎng)電流波形圖；
[0034] 圖5為并網(wǎng)電流跟蹤誤差波形圖；
[0035] 圖6為開(kāi)關(guān)管在一個(gè)正弦周期中的PWM波形；
[0036] 圖7為開(kāi)關(guān)管S1 -個(gè)工頻正弦周期的開(kāi)關(guān)次數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[003引為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，W下結(jié)合 附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用 W解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0039] 如圖1-圖2所示，本實(shí)施例提供一種基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè) 控制方法，包括W下步驟：
[0040] 1)判斷參考電流r(k)的方向，根據(jù)判斷結(jié)果選取逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并獲取當(dāng)前開(kāi) 關(guān)狀態(tài)下逆變器的交流輸出電壓矢量，對(duì)電壓矢量進(jìn)行初步篩選。
[0041] 如圖3所示，當(dāng)參考電流在正半周時(shí)，逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管中，開(kāi)關(guān)管Si保持通 態(tài)，開(kāi)關(guān)管S,和開(kāi)關(guān)管S3保持?jǐn)鄳B(tài)，開(kāi)關(guān)管S4開(kāi)通時(shí)實(shí)現(xiàn)能量傳遞，開(kāi)關(guān)管S4斷開(kāi)時(shí)D3實(shí) 現(xiàn)續(xù)流，即參考電流在正半周時(shí)選取開(kāi)關(guān)管Si、開(kāi)關(guān)管S2、開(kāi)關(guān)管S3和開(kāi)關(guān)管S4的開(kāi)關(guān)狀態(tài) 為[1001]或[1000]對(duì)應(yīng)的電壓矢量，如選取電壓矢量V(l)和V(2)。當(dāng)參考電流在 負(fù)半周期時(shí)，開(kāi)關(guān)管S,保持通態(tài)，開(kāi)關(guān)管S1和開(kāi)關(guān)管S4保持?jǐn)鄳B(tài)，開(kāi)關(guān)管S3開(kāi)通時(shí)實(shí)現(xiàn)能 量傳遞，開(kāi)關(guān)管S3關(guān)斷時(shí)D4進(jìn)行續(xù)流。即參考電流在負(fù)半周時(shí)選取開(kāi)關(guān)管S1、開(kāi)關(guān)管S,、開(kāi) 關(guān)管S3和開(kāi)關(guān)管S4的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為[0110]或[0100]對(duì)應(yīng)的電壓矢量，如選取電壓矢量V(3) 和V(4)。根據(jù)電流的方向，開(kāi)關(guān)Si和S2工作在基波頻率下。
[0042] 2)根據(jù)單相并網(wǎng)逆變器的離散狀態(tài)模型，將所選電壓矢量和系統(tǒng)檢測(cè)量代入式并 網(wǎng)電流預(yù)測(cè)值表達(dá)式計(jì)算并網(wǎng)電流預(yù)測(cè)值：
[0043]
[0044] 式中，k表示第k個(gè)離散值，R為網(wǎng)側(cè)等效電阻，i化-1)為上一時(shí)刻的并網(wǎng)電流值， L為交流電抗電感量，V是逆變器交流輸出電壓，e是電網(wǎng)電壓，L為系統(tǒng)采樣時(shí)間。
[0045] 并網(wǎng)電流的波形如圖4所示。
[0046] 3)如圖5所示，W并網(wǎng)電流跟蹤誤差（errorcurrent)作為電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函 數(shù)，獲取電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值及其對(duì)應(yīng)的電壓矢量：
[0047] G1 (k) =Ii*(k)-i化）I
[0048] 式中，r表示參考電流。
[0049] 4)通過(guò)降損指標(biāo)函數(shù)計(jì)算相鄰時(shí)刻的控制誤差，所述降損指標(biāo)函數(shù)為：
[0050] G2=|Glm化似-Glm化化-1)
[0化1] 式中，Glmh(k)是當(dāng)前時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值，Glmi?；?1)是當(dāng)上一 時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值。
[0052] 判斷該控制誤差是否在限定范圍內(nèi)，本實(shí)施例中，控制誤差的限定范圍為 0. 03I。~0. 07I ，若是，則保持前一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出，若否，則選取當(dāng)前時(shí)刻電壓矢 量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出。通過(guò)犧牲少量的控制精度，達(dá)到降低開(kāi)關(guān)損 耗、增加裝置效率的目的。
[0化3] 5)W步驟4)獲得的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)逆變器進(jìn)行控制。
[0化4] 如圖6-圖7所示為采用本發(fā)明控制方法時(shí)四個(gè)開(kāi)關(guān)管在一個(gè)正弦周期中的PWM波形和開(kāi)關(guān)管S1-個(gè)工頻正弦周期的開(kāi)關(guān)次數(shù)示意圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 判斷參考電流的方向，根據(jù)判斷結(jié)果選取逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)； 2) 獲取當(dāng)前開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，逆變器的交流輸出電壓矢量； 3) 根據(jù)單相并網(wǎng)逆變器的離散狀態(tài)模型，計(jì)算并網(wǎng)電流預(yù)測(cè)值：式中，k表示第k個(gè)離散值，R為網(wǎng)側(cè)等效電阻，i (k-Ι)為上一時(shí)刻的并網(wǎng)電流值，L為 交流電抗電感量，V是逆變器交流輸出電壓，e是電網(wǎng)電壓，Ts為系統(tǒng)采樣時(shí)間； 4) 獲取以下電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值及其對(duì)應(yīng)的電壓矢量： Gl (k) = I i*(k)-i (k) 式中，f表示參考電流； 5) 計(jì)算相鄰時(shí)刻的控制誤差，判斷該控制誤差是否在限定范圍內(nèi)，若是，則保持前一時(shí) 刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出，若否，則選取當(dāng)前時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸 出； 6) 以步驟5)獲得的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)逆變器進(jìn)行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，其特 征在于，所述步驟1)具體為： 若參考電流在正半周，則逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管狀態(tài)為[1 〇 〇 1]或[1 〇 〇 〇]，1表示 對(duì)應(yīng)位置的開(kāi)關(guān)管為通態(tài)，O表示對(duì)應(yīng)位置的開(kāi)關(guān)管為斷態(tài)； 若參考電流在負(fù)半周，則逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管狀態(tài)為[〇 1 1 〇]或[〇 1 〇 0]。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，其特 征在于，所述逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管中，開(kāi)關(guān)管SJP S2工作在基波頻率下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，其特 征在于，所述步驟5)中，通過(guò)降損指標(biāo)函數(shù)計(jì)算相鄰時(shí)刻的控制誤差，所述降損指標(biāo)函數(shù) 為： G2 = I GlminGO-Glmin(H) 式中，GlminGO是當(dāng)前時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值，Glmin(k-Ι)是當(dāng)上一時(shí)刻 電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，其特 征在于，所述控制誤差的限定范圍為0. 03 I ~0. 07 I 。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于單相并網(wǎng)逆變器的低開(kāi)關(guān)損耗模型預(yù)測(cè)控制方法，包括以下步驟：1)判斷參考電流的方向，根據(jù)判斷結(jié)果選取逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)；2)獲取當(dāng)前開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，逆變器的交流輸出電壓矢量；3)根據(jù)單相并網(wǎng)逆變器的離散狀態(tài)模型，計(jì)算并網(wǎng)電流預(yù)測(cè)值；4)獲取電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)的最小值及其對(duì)應(yīng)的電壓矢量；5)計(jì)算相鄰時(shí)刻的控制誤差，判斷該控制誤差是否在限定范圍內(nèi)，若是，則保持前一時(shí)刻開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出，若否，則選取當(dāng)前時(shí)刻電壓矢量評(píng)估指標(biāo)函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸出；6)以步驟5)獲得的開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)逆變器進(jìn)行控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有穩(wěn)定性強(qiáng)、逆變器效率高、開(kāi)關(guān)損耗低等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H02M7/48
【公開(kāi)號(hào)】CN104901567
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510305715
【發(fā)明人】楊興武, 徐波, 冀紅超, 甘偉
【申請(qǐng)人】上海電力學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日