一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于并网电流控制技术领域，具体设及一种用于单相并网逆变器的电流预 测控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球环境污染问题和化石能源危机的不断加剧，清洁、可再生能源的利用得 到了广泛关注与发展。风力、光伏等非水电可再生能源发电技术已成为世界各国争相发展 的热点，而新能源发电并网的核屯、是并网逆变器，随着电力电子技术W及现代控制理论的 发展，各种针对单相并网逆变器的控制策略被相继提出，并且得到了深入的发展与广泛的 应用。
[0003] 目前，应用于并网逆变器的电流控制策略主要有W下S种：滞环控制、比例-积分 (propcxrtionintegral,PI)控制和电流预测控制等。其中，滞环控制方法简单并具有良 好的鲁椿性，但电流谐波较大，且开关频率的不固定导致损耗过高；比例-积分控制方法技 术成熟、应用广泛，但并网电流与电压存在相位差，在电流较小时相位差比较严重，导致逆 变器输出功率因数较低等问题；电流预测控制属于线性控制方法的范畴，通过预测下一个 开关周期开始时刻的参考电流，与实际输出电流得到电流误差，根据电流误差预测出下一 时刻的输出电压的估计值，从而对逆变器进行控制，其局限性在于输出电压表达式中包含 n-1、n-2时刻的输出电压项、电流误差项，迭代运算较多，不能直接应用于数字信号处理器 中，需要进一步预估理想输出电压，其快速性能和稳态性能不够高，且存在电流非开关周期 次谐波污染问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，解决了现有 技术中存在的并网电流非开关周期次谐波、且控制系统快速性和稳定性的综合性能低的问 题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，具 体按照W下步骤实施：
[0006] 步骤1、在单相并网逆变器的电路中的（n-l)Ts时刻采样中断，得到（n-l)T拥刻 的第一电感Li电流值iU(n-1)、输入直流电压值Vd。、输出交流电压值Vg、（n-l)Ts周期内第 一开关管S1的占空比(n-1)，
[0007] 其中，Ts为开关周期；
[000引步骤2、通过公式（1)计算nT拥刻的第一电感L1电流预测值:
[0009]
【主权项】
1. 一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实 施： 步骤1、在单相并网逆变器的电路中的（n-l)Ts时刻采样中断，得到（11-1)1^时刻的第 一电感L1电流值iu(n-l)、输入直流电压值Vd。、输出交流电压值V g、（n-l)Ts周期内第一开 关管Sl的占空KD1Oi-I), 其中，Ts为开关周期； 步骤2、通过公式（1)计算nTs时刻的第一电感1^电流预测值又乂〃）：
(1) 其中，L1为第一电感L1的电感值； 步骤3、判I
是否成立，如果成立，则11!^周期内第一开关 管Sl的占空比Dsi (η)、第四开关管S4的占空比Ds4 (η)为Dsi (n) = Ds4 (η) = 1，nTs周期内 第二开关管S2的占空比Ds2 (η)、第三开关管S3的占空比Ds3 (η)与第一开关管SI、第四开关 管S4的占空比互补为Ds2 (n) = Ds3 (η) = 0,转到步骤7 ;如果不成立，则转到步骤4 ; 其中，(η)为nTs时刻第一电感L i上的电流给定值； 步骤4、判断
I是否成立，如果成立，则nig^期内第一开关 管Sl的占空比Dsi (η)、第四开关管S4的占空比Ds4 (η)为Dsi (n) = Ds4 (η) = 0, nTs周期内 第二开关管S2的占空比Ds2 (η)、第三开关管S3的占空比Ds3 (η)为Ds2 (n) =Ds3 (η) = 1，转 到步骤7 ;如果不成立，则转到步骤5 ; 步骤5、将nTs时刻第一电感L j的电流给定值i UMf (η)赋值给nTs周期内第一电感L i 电流的平均值，即：
(2) 通过公式（1)中得到的第一电感L1电流预测值ζ ,(〃)计算nTs周期内第一开关管Sl的 占空比D1 (η)为：
步骤6、根据公式（4)计算经过中值处理后的第一开关管Sl的占空比Dsi (η):
(4) 其中，
为nTs周期内稳态时第一开关管Sl的占空比； 经过中值处理后的第四开关管S4的占空比Ds4 (n) =Dsi (η); 经过中值处理后的第二开关管S2的占空比、第三开关管S3的占空比Ds2 (η) = Ds3(η) =I-Dsi (η)； 步骤7、产生占空比为Dsi (η)的PWM波来控制第一开关管S1，产生占空比为Ds2 (η)的 PWM波来控制第二开关管S2,产生占空比为Ds3 (η)的PWM波来控制第三开关管S3,产生占 空比为Ds4 (η)的PWM波来控制第四开关管S4。
2.根据权利要求1所述的一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，其特征在 于，得到所述步骤5中公式（3)的具体过程为： 印周期内，nT s时刻的第一电感L i电流i u (η)增加到第一电感L1电流在ηΤ 3阶段内峰 值的增量Aiu+(η)为：
(5) nTs时刻的第一电感L i电流i u (η)增加到第一电感L1电流在nT s阶段内峰值的平均值 为(η)为：
(6) 第一电感L1电流在nT s阶段内峰值减小到（n+1) T s时刻的第一电感L i电流i u (η+1)的 变化量Aiu_(n)为：
(7) 第一电感L1电流在nT s阶段内峰值减小到（n+1) T s时刻的第一电感L i电流i u (n+1)的 平均值L (")为：
C8) 将公式（5)、（7)代入公式⑶整理得：
(9) 第一电感L1电流在nT潞段内的平均值（,为： 将公式（6)、（9)代入公式（10)整理得：
(11) 保证式（11)中D1(Ii)有实数解，且D1(Ii) e [〇，1]，得到如下关系式：
在式（12)的条件下，根据式（11)得到D1(Ii)在印阶段的值，解即为：
3. 根据权利要求1或2所述的一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，其特征 在于，所述步骤1单相并网逆变器的电路包括输入直流电压V d。，输入直流电压Vd。的正极分 别连接有第一开关管Sl的集电极、第三开关管S3的集电极，输入直流电压V d。的负极分别 连接有第二开关管S2的发射极、第四开关管S4的发射极，第一开关管Sl的发射极分别连 接第二开关管S2的集电极、第一电感L 1的一端，第一电感L i的另一端连接输出交流电压V g 的一端，输出交流电压Vg的另一端与第二电感L2的一端连接，第二电感1^2的另一端的分别 连接第三开关管S3的发射极、第四开关管S4的集电极。
4. 根据权利要求3所述的一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，其特征在 于，所述第一开关管Sl、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4均为携带反并联二极 管或具有反并联二极管特性的可关断功率开关器件。
【专利摘要】本发明公开了一种用于单相并网逆变器的电流预测控制方法，先根据(n-1)TS阶段的第一电感L1电流iL1(n-1)和第一开关管S1的占空比D1(n-1)对nTS阶段的第一电感L1电流iL1(n)预测，再根据第一电感L1电流的给定iL1ref(n)计算nTS阶段第一开关管S1的占空比D1(n)，最后通过中值处理方法计算第一开关管S1的占空比DS1(n)，并对应计算其他三个开关管的占空比，分别产生经过中值处理后得到的四个占空比的PWM波来控制四个开关管。本发明方法能够很好抑制电流控制中采样点与平均值间的差异造成的并网电流非开关周期次谐波，且使并网电流与给定电流能够快速准确跟踪，在控制系统快速性和稳定性上具有综合比较优势。
【IPC分类】H02M7-48
【公开号】CN104767410
【申请号】CN201510149477
【发明人】张琦, 张鹏, 孙向东, 安少亮, 杨惠, 张波
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月31日