[发明专利]基于模型预测控制的级联H桥光伏逆变器漏电流抑制方法

摘要

本发明公开一种基于模型预测控制的级联H桥光伏逆变器漏电流抑制方法，所述方法包括：写出四个H桥级联逆变器的所有256种开关状态并计算对应的光伏电池寄生电容电压之和Vc的值；选择开关状态并组成开关状态组合；计算逆变器交流侧的输出电压Vk；在线检测k时刻电网的电压Vg(k)和电网电流i(k)，并计算出电网电流在k+1时刻的值i(k+1)；对在线检测得到的电网电压Vg(k)锁相，得到相位θ，由θ计算出k+1时刻的电流给定值i*(k+1)，并与k+1时刻的电流计算值i(k+1)一起代入评估函数h；选择最小的评估函数h对应的开关状态组合，并作为输出量通过驱动电路驱动开关管。该方法不仅能有效地抑制系统漏电流，而且扩展方便,并适用于偶数个H桥的单相非隔离级联H桥光伏并网逆变器。

主权项

1.一种基于模型预测控制的级联H桥光伏逆变器漏电流抑制方法，包括选择开关状态组合和检测电网的电压与电流，其特征在于，主要步骤如下：步骤1，设四个H桥级联逆变器的四个模块直流电压相同，并记为Vdc，并用下式计算对应的光伏电池寄生电容电压之和Vc的值，其中，Vg为电网的电压，S1a为第一个H桥左桥臂上管的开关函数，S1b为第一个H桥右桥臂上管的开关函数，S2a为第二个H桥左桥臂上管的开关函数，S2b为第二个H桥右桥臂上管的开关函数，S3a为第三个H桥左桥臂上管的开关函数，S3b为第三个H桥右桥臂上管的开关函数，S4a为第四个H桥左桥臂上管的开关函数，S4b为第四个H桥右桥臂上管的开关函数，且满足：将开关函数进行排列组合得到开关状态组合S1a/S1b/S2a/S2b/S3a/S3b/S4a/S4b的值，得到四个H桥级联逆变器S1a/S1b/S2a/S2b/S3a/S3b/S4a/S4b的所有256种开关状态；步骤2，根据步骤1写出的四个H桥级联逆变器的所有256种开关状态，按照维持光伏电池寄生电容电压之和V_c为工频正弦量且的要求，挑选满足要求的开关状态，组成以下开关状态组合：10101010‑10100010‑10110010‑10011110‑11110110‑01100001‑01001101‑01011101‑01010101，这种开关状态组合共包含9种开关状态，每种开关状态对应一个输出电平，具体为：开关状态1：S1a＝1,S1b＝0,S2a＝1,S2b＝0,S3a＝1,S3b＝0,S4a＝1,S4b＝0开关状态2：S1a＝1,S1b＝0,S2a＝1,S2b＝0,S3a＝0,S3b＝0,S4a＝1,S4b＝0开关状态3：S1a＝1,S1b＝0,S2a＝1,S2b＝1,S3a＝0,S3b＝0,S4a＝1,S4b＝0开关状态4：S1a＝1,S1b＝0,S2a＝0,S2b＝1,S3a＝1,S3b＝1,S4a＝1,S4b＝0开关状态5：S1a＝1,S1b＝1,S2a＝1,S2b＝1,S3a＝0,S3b＝1,S4a＝1,S4b＝0开关状态6：S1a＝0,S1b＝1,S2a＝1,S2b＝0,S3a＝0,S3b＝0,S4a＝0,S4b＝1开关状态7：S1a＝0,S1b＝1,S2a＝0,S2b＝0,S3a＝1,S3b＝1,S4a＝0,S4b＝1开关状态8：S1a＝0,S1b＝1,S2a＝0,S2b＝1,S3a＝1,S3b＝1,S4a＝0,S4b＝1开关状态9：S1a＝0,S1b＝1,S2a＝0,S2b＝1,S3a＝0,S3b＝1,S4a＝0,S4b＝1步骤3，根据步骤2选择的9种开关状态，计算出逆变器交流侧的输出电平V_k的值，其中，其取值为[‑4,‑3,‑2,‑1,0,1,2,3,4]V_dc,共有9种电平；步骤4，在线检测单相非隔离级联H桥逆变器在k时刻电网的电压Vg(k)和电网电流i(k)，并将步骤3计算得到的逆变器交流侧的输出电压Vk一并代入并网电流的离散模型函数，预测出电网电流在k+1时刻的值i(k+1)，其中，离散模型函数满足下式：式中，Ts是电网电压的采样周期，L和R分别为所述单相非隔离级联H桥光伏逆变器的电感值以及对应的电阻值，Vk是k时刻逆变器交流侧输出电压；步骤5，将步骤4在线检测得到的电网电压Vg(k)进行锁相，得到相位θ，由θ计算出一个与电网电压同频同相的正弦量作为第k+1时刻的电流给定值i*(k+1)，并与步骤4得到的电网电流在k+1时刻的计算值i(k+1)一起代入评估函数h，选择出使评估函数h最小的一个输出电平；其中，评估函数h＝|i*(k+1)‑i(k+1)|；步骤6，根据步骤5选择的输出电平，从步骤2已选择出的开关状态组合中选择对应的开关状态，并作为输出量通过驱动电路驱动开关管。