一種單極性調(diào)制的單相并網(wǎng)逆變器電流預(yù)測(cè)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于并網(wǎng)型逆變電源的電流控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單極性調(diào)制的單 相并網(wǎng)逆變器電流預(yù)測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球性的能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，可再生能源的開發(fā)和利用越來越 受人類的重視。逆變器作為風(fēng)力、光伏等非水電可再生能源直流側(cè)與交流配電系統(tǒng)間進(jìn)行 能量變換的中間環(huán)節(jié)，其安全性、可靠性、逆變效率、制造成本等因素，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的整 體經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。因此，高質(zhì)量逆變器已成為電源技術(shù)的重要研宄對(duì)象。各種針 對(duì)單相并網(wǎng)逆變器的控制、調(diào)制策略被相繼提出，并且得到了深入的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前，應(yīng)用于逆變器的正弦脈寬調(diào)制（SPWM)策略主要有雙極性SPWM調(diào)制和單極 性SPWM調(diào)制兩種，其中：雙極性SPWM開關(guān)管都是以高頻工作，開關(guān)管的開關(guān)損耗較大，電 磁干擾較大，開關(guān)諧波較大；單極性SPWM開關(guān)管，一半是以高頻工作，另外一半是以低頻工 作，開關(guān)管的開關(guān)損耗較小，電磁干擾較小，開關(guān)諧波較小。應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器的電流控制 策略有滯環(huán)控制、PI控制和電流預(yù)測(cè)控制等。其中：滯環(huán)控制控制簡(jiǎn)單，但電流紋波較大、 開關(guān)損耗過高；PI控制技術(shù)應(yīng)用廣泛，但電流較小時(shí)存在相位差，導(dǎo)致功率因數(shù)較低；電流 預(yù)測(cè)控制基于線性控制，通過預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的參考電流，與當(dāng)前輸出電流比較，通過占空比 生成PWM波，使輸出電流準(zhǔn)確跟蹤給定的電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種單極性調(diào)制的單相并網(wǎng)逆變器電流預(yù)測(cè)控制方法，可以 使輸出電流準(zhǔn)確跟蹤給定的電流，降低開關(guān)損耗，減小電磁干擾。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種單極性調(diào)制的單相并網(wǎng)逆變器電流預(yù)測(cè)控制方 法，具體按照以下步驟實(shí)施：
[0006] 步驟1、在單相并網(wǎng)逆變器的電路中的（n_l)Ts時(shí)刻采樣中斷，得到（n_l)Ts時(shí)刻 的電感電流值ijn-l)、輸入直流電壓值Vd。、輸出交流電壓值Vg、(n-1)TS周期內(nèi)第四開關(guān)管 S4 的占空KDjn-l)，
[0007] 其中，Ts為開關(guān)周期；
[0008] 步驟2、判斷輸出交流電壓值Vg> 0是否成立，如果不成立，則轉(zhuǎn)到步驟3;如果成 立，則轉(zhuǎn)到步驟8 ;
[0009] 步驟3、則DQ(n) = 0, 0^-1)]!。!^期內(nèi)第一開關(guān)管S1的占空比Dsl(n) = 0,第二 開關(guān)管S2的占空比DS2(n)與第一開關(guān)管S1的占空比互補(bǔ)為DS2(n) = 1，通過公式⑴計(jì) 算nTJt刻的電感電流預(yù)測(cè)值（（〃）：
[0010]
(1)
[0011] 其中，ni= 7; no
[0012] 步驟4、判斷匕是否成立，如果成立，則nTs周期內(nèi)第四開關(guān)管 S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =l，nTs周期內(nèi)第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n)與第四開關(guān)管S4的占空比互補(bǔ)為DS3 (n) = 0,轉(zhuǎn)到步驟13;如果不成立，則轉(zhuǎn)到步驟5;
[0013] 步驟5、判斷〇)<(")-吾(>:,+()是否成立，如果成立，則nTs周期內(nèi)第四開 關(guān)管S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =0，nTs周期內(nèi)第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n)與第四開 關(guān)管S4的占空比互補(bǔ)為DS3(n) = 1，轉(zhuǎn)到步驟13;如果不成立，則轉(zhuǎn)到步驟6;
[0014] 步驟6、將nTs時(shí)刻電感上的電流給定值i (n)賦值給nTs周期內(nèi)電感電流的平 均值（（"），即：
[0015]
(2)
[0016] 通過公式⑴中得到的電感電流預(yù)測(cè)值U〃:)計(jì)算nTs周期內(nèi)第四開關(guān)管S4的占 空比的預(yù)測(cè)值D,(n)為：
[0017]
(3)
[0018] 步驟7、根據(jù)公式（4)計(jì)算經(jīng)過中值處理后的第四開關(guān)管S4的占空比Ds4(n):
[0019]
(4) F
[0020] 其中，A(")=f為nTs周期內(nèi)穩(wěn)態(tài)時(shí)第四開關(guān)管S4的占空比； dc
[0021] 經(jīng)過中值處理后的第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n) = 1-Ds4(n);
[0022] 步驟8、則DQ(n) = 1，0^-1)]!。!^期內(nèi)第一開關(guān)管S1的占空比Dsl(n) = 1，第二 開關(guān)管S2的占空比DS2(n)與第一開關(guān)管S1的占空比互補(bǔ)為DS2(n) =0,通過公式（5)計(jì) 算印時(shí)刻的電感電流預(yù)測(cè)值4 (?):
[0023]
(5)
[0024] 步驟9、判斷〇M(") +吾(丨《_-匕)是否成立，如果成立，nTs周期內(nèi)第四開關(guān) 管S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =l，nTs周期內(nèi)第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n)與第四開關(guān) 管S4的占空比互補(bǔ)為DS3 (n) = 0,轉(zhuǎn)到步驟13;如果不成立，則轉(zhuǎn)到步驟10;
[0025] 步驟10、判斷⑷匕是否成立，如果成立，則nTs周期內(nèi)第四開關(guān)管 S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =0，nTs周期內(nèi)第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n)與第四開關(guān)管 S4的占空比互補(bǔ)為DS3(n) = 1，轉(zhuǎn)到步驟13 ;如果不成立，則轉(zhuǎn)到步驟11 ;
[0026] 步驟11、將nTs時(shí)刻電感上的電流給定值itof(n)賦值給nTs周期內(nèi)電感電流的平 均值（.（"），即：
[0027]
(6)
[0028] 通過公式（5)中得到的電感電流預(yù)測(cè)值（⑷計(jì)算nTs周期內(nèi)第四開關(guān)管S4的占 空比的預(yù)測(cè)值Djn)為：
[0029]
(7)
[0030] 步驟12、根據(jù)公式（8)計(jì)算經(jīng)過中值處理后的第四開關(guān)管S4的占空比Ds4(n):
[0031]
(8) V,+V
[0032] 其中，A(")=-V^為nTs周期內(nèi)穩(wěn)態(tài)時(shí)第四開關(guān)管S4的占空比； Kk
[0033] 經(jīng)過中值處理后的第三開關(guān)管S3的占空比DS3(n) =l_Ds4(n);
[0034] 步驟13、產(chǎn)生占空比為Dsl(n)的PWM波來控制第一開關(guān)管S1，產(chǎn)生占空比為DS2(n) 的PWM波來控制第二開關(guān)管S2,產(chǎn)生占空比為DS3 (n)的PWM波來控制第三開關(guān)管S3,產(chǎn)生 占空比為Ds4(n)的PWM波來控制第四開關(guān)管S4。
[0035] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：
[0036] 得到步驟6中公式（3)的具體過程為：
[0037] 在（n-1) 1和nTs兩個(gè)周期內(nèi)，電感電流正半周時(shí)：
[0038] 印周期內(nèi)，nT3時(shí)刻的電感電流込(n)增加到電感電流在nTs階段內(nèi)峰值的增量 AiL+ (n)為：
[0039]
(9)
[0040] nTjt刻的電感電流ijn)增加到電感電流在nTsM段內(nèi)峰值的平均值為（ 為：
[0041]
(10)
[0042] 電感電流在nTs階段內(nèi)峰值減小到〇1+1)!^時(shí)刻的電感電流ijn+l)的變化量 AiL- (n)為：
[0043]
(11)
[0044] 電感電流在nTs階段內(nèi)峰值減小到〇1+1)1^時(shí)刻的電感電流ijn+l)的平均值 I(")為:
[0050] 在保證式（14)中0?有實(shí)數(shù)解，且Djn) e [0，1]，可以得到如下關(guān)系式：
[0051]
(15)
[0052] 在式（15)的條件下，根據(jù)式（14)得到Djn)在印階段的值，解即為：
[0053]
(16)。
[0054] 得到步驟11中式（7)的具體過程為：
[0055] 在（n_l) 1^和nT s兩個(gè)周期內(nèi)，電感電流負(fù)半周時(shí)：
[0056] nTs周期內(nèi)，nT s時(shí)刻的電感電流U (n)增加到電感電流在nTs階段內(nèi)峰值的增量
A iL+ (n)為，
[0057] (17)
[0058] 印時(shí)刻的電感電流ijn)增加到電感電流在印階段內(nèi)峰值的平均值為 為：
[0059]
(18)
[0060] 電感電流在nTs階段內(nèi)峰值減小到（n+l)Tjt刻的電感電流i Jn+1)的變化量 A iL- (n)為：
[0061]
(19)
[0062] 電感電流在nTs階段內(nèi)峰值減小到（n+l)Tjt刻的電感電流ijn+l)的平均值 Z丨（")為：
[0063]
(20)
[0064] 電感電流在nTsM段內(nèi)平均值為（（")為：
[0065]
(21)
[0066] 得：
[0067]
[0068] 在保證式（22)中0?有實(shí)數(shù)解，且Djn)e [0，1]，可以得到如下關(guān)系式：
[0069]
(23)
[0070] 在式（23)的條件下，根據(jù)式（22)得到Djn)在印階段的值，解即為：
[0071]
[0072] 步驟1單相并網(wǎng)逆變器的電路包括輸入直流電壓Vd。，輸入直流電壓Vd。的正極分 別連接有第一開關(guān)管S1的集電極、第三開關(guān)管S3的集電極，輸入直流電壓Vd。的負(fù)極分別 連接有第二開關(guān)管S2的發(fā)射極、第四開關(guān)管S4的發(fā)射極，第一開關(guān)管S1的發(fā)射極分別連 接第二開關(guān)管S2的集電極、電感L的一端，電感L的另一端連接輸出交流電壓\的一端， 輸出交流電壓Vg的另一端與分別連接第三開關(guān)管S3的發(fā)射極、第四開關(guān)管S4的集電極。
[0073] 第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4均為攜帶反并聯(lián)二 極管或具有反并聯(lián)二極管特性的可關(guān)斷功率開關(guān)器件。
[0074] 本發(fā)明的有益效果是：①本發(fā)明單極性調(diào)制的單相并網(wǎng)逆變器電流預(yù)測(cè)控制方 法，采用單極性調(diào)制策略，減小了系統(tǒng)功率管開關(guān)損耗、電磁干擾；②本發(fā)明