[发明专利]基于单相并网逆变器的低开关损耗模型预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及单相并网逆变器控制方法，尤其是涉及一种基于单相并网逆变器的低开关损耗模型预测控制方法。

背景技术

近年来，光伏产业发展迅猛，单相并网逆变器的控制作为其关键技术之一，得到了快速的发展。目前，应用于单相并网逆变器的控制策略有：比例积分控制、电流滞环控制、比例谐振控制、电流预测控制、电流模型预测控制。比例积分控制应用广泛，控制思想简单，可采用频域分析和极点配置方法进行参数设计，存在的问题是稳态误差难以消除，参数设计较复杂；电流滞环控制方法简单，动态响应快，但开关频率的不固定使得滤波器设计困难。对于滞环控制，有人提出了一些定频的方法，虽然改善了电流的频谱特性，但使得控制变得复杂，控制精度降低。比例谐振控制非常适合于单相控制系统，并且也可以实现无静差控制，但存在的问题是参数的设计和数字化实现比较困难。预测电流控制属于线性控制的范畴，具有控制精度高，电流谐波含量小等优点，但存在的问题是对模型参数准确性依赖比较强。电流模型预测控制是通过将系统的检测量和所有开关状态带入系统的离散模型预测下一个时刻的电流值，选取可使电流的预测值和参考值最接近的开关状态来控制逆变器下一个时刻的输出。这种控制方法原理简单，设计容易，电流响应速度快，易于数字化实现，但存在的问题是计算量大，开关频率比较高，在实际中还是难以运用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服传统模型预测控制存在计算量大、开关损耗高、开关器件死区时间设计复杂等缺点而提供一种稳定性强、逆变器效率高、开关损耗低的基于单相并网逆变器的低开关损耗模型预测控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于单相并网逆变器的低开关损耗模型预测控制方法，包括以下步骤：

1)判断参考电流的方向，根据判断结果选取逆变器开关状态；

2)获取当前开关状态下，逆变器的交流输出电压矢量；

3)根据单相并网逆变器的离散状态模型，计算并网电流预测值：

i(k)=1RTs+L[Li(k-1)+Tsv(k)-Tse(k)]]]>

式中，k表示第k个离散值，R为网侧等效电阻，i(k-1)为上一时刻的并网电流值，L为交流电抗电感量，v是逆变器交流输出电压，e是电网电压，T_s为系统采样时间；

4)获取以下电压矢量评估指标函数的最小值及其对应的电压矢量：

G1(k)＝|i^*(k)-i(k)|

式中，i^*表示参考电流；

5)计算相邻时刻的控制误差，判断该控制误差是否在限定范围内，若是，则保持前一时刻开关状态输出，若否，则选取当前时刻电压矢量评估指标函数最小值对应的开关状态输出；

6)以步骤5)获得的开关状态对逆变器进行控制。

所述步骤1)具体为：

若参考电流在正半周，则逆变器的四个开关管状态为[1 0 0 1]或[1 0 0 0]，1表示对应位置的开关管为通态，0表示对应位置的开关管为断态；

若参考电流在负半周，则逆变器的四个开关管状态为[0 1 1 0]或[0 1 0 0]。

所述逆变器的四个开关管中，开关管S₁和S₂工作在基波频率下。

所述步骤5)中，通过降损指标函数计算相邻时刻的控制误差，所述降损指标函数为：