一種單極性調制的單相并網逆變器電流預測控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于并網型逆變電源的電流控制技術領域，具體涉及一種單極性調制的單 相并網逆變器電流預測控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著全球性的能源危機和環(huán)境污染的日益嚴重，可再生能源的開發(fā)和利用越來越 受人類的重視。逆變器作為風力、光伏等非水電可再生能源直流側與交流配電系統(tǒng)間進行 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，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的整 體經濟效益具有重要作用。因此，高質量逆變器已成為電源技術的重要研宄對象。各種針 對單相并網逆變器的控制、調制策略被相繼提出，并且得到了深入的發(fā)展與廣泛的應用。
[0003] 目前，應用于逆變器的正弦脈寬調制（SPWM)策略主要有雙極性SPWM調制和單極 性SPWM調制兩種，其中：雙極性SPWM開關管都是以高頻工作，開關管的開關損耗較大，電 磁干擾較大，開關諧波較大；單極性SPWM開關管，一半是以高頻工作，另外一半是以低頻工 作，開關管的開關損耗較小，電磁干擾較小，開關諧波較小。應用于并網逆變器的電流控制 策略有滯環(huán)控制、PI控制和電流預測控制等。其中：滯環(huán)控制控制簡單，但電流紋波較大、 開關損耗過高；PI控制技術應用廣泛，但電流較小時存在相位差，導致功率因數較低；電流 預測控制基于線性控制，通過預測下一時刻的參考電流，與當前輸出電流比較，通過占空比 生成PWM波，使輸出電流準確跟蹤給定的電流。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種單極性調制的單相并網逆變器電流預測控制方法，可以 使輸出電流準確跟蹤給定的電流，降低開關損耗，減小電磁干擾。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是，一種單極性調制的單相并網逆變器電流預測控制方 法，具體按照以下步驟實施：
[0006] 步驟1、在單相并網逆變器的電路中的（n_l)Ts時刻采樣中斷，得到（n_l)Ts時刻 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周期內第四開關管 S4 的占空KDjn-l)，
[0007] 其中，Ts為開關周期；
[0008] 步驟2、判斷輸出交流電壓值Vg> 0是否成立，如果不成立，則轉到步驟3;如果成 立，則轉到步驟8 ;
[0009] 步驟3、則DQ(n) = 0, 0^-1)]!。!^期內第一開關管S1的占空比Dsl(n) = 0,第二 開關管S2的占空比DS2(n)與第一開關管S1的占空比互補為DS2(n) = 1，通過公式⑴計 算nTJt刻的電感電流預測值（（〃）：
[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周期內第四開關管 S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =l，nTs周期內第三開關管S3的占空比DS3(n)與第四開關管S4的占空比互補為DS3 (n) = 0,轉到步驟13;如果不成立，則轉到步驟5;
[0013] 步驟5、判斷〇)<(")-吾(>:,+()是否成立，如果成立，則nTs周期內第四開 關管S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =0，nTs周期內第三開關管S3的占空比DS3(n)與第四開 關管S4的占空比互補為DS3(n) = 1，轉到步驟13;如果不成立，則轉到步驟6;
[0014] 步驟6、將nTs時刻電感上的電流給定值i (n)賦值給nTs周期內電感電流的平 均值（（"），即：
[0015]
(2)
[0016] 通過公式⑴中得到的電感電流預測值U〃:)計算nTs周期內第四開關管S4的占 空比的預測值D,(n)為：
[0017]
(3)
[0018] 步驟7、根據公式（4)計算經過中值處理后的第四開關管S4的占空比Ds4(n):
[0019]
(4) F
[0020] 其中，A(")=f為nTs周期內穩(wěn)態(tài)時第四開關管S4的占空比； dc
[0021] 經過中值處理后的第三開關管S3的占空比DS3(n) = 1-Ds4(n);
[0022] 步驟8、則DQ(n) = 1，0^-1)]!。!^期內第一開關管S1的占空比Dsl(n) = 1，第二 開關管S2的占空比DS2(n)與第一開關管S1的占空比互補為DS2(n) =0,通過公式（5)計 算印時刻的電感電流預測值4 (?):
[0023]
(5)
[0024] 步驟9、判斷〇M(") +吾(丨《_-匕)是否成立，如果成立，nTs周期內第四開關 管S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =l，nTs周期內第三開關管S3的占空比DS3(n)與第四開關 管S4的占空比互補為DS3 (n) = 0,轉到步驟13;如果不成立，則轉到步驟10;
[0025] 步驟10、判斷⑷匕是否成立，如果成立，則nTs周期內第四開關管 S4的占空比Ds4(n)為Ds4(n) =0，nTs周期內第三開關管S3的占空比DS3(n)與第四開關管 S4的占空比互補為DS3(n) = 1，轉到步驟13 ;如果不成立，則轉到步驟11 ;
[0026] 步驟11、將nTs時刻電感上的電流給定值itof(n)賦值給nTs周期內電感電流的平 均值（.（"），即：
[0027]
(6)
[0028] 通過公式（5)中得到的電感電流預測值（⑷計算nTs周期內第四開關管S4的占 空比的預測值Djn)為：
[0029]
(7)
[0030] 步驟12、根據公式（8)計算經過中值處理后的第四開關管S4的占空比Ds4(n):
[0031]
(8) V,+V
[0032] 其中，A(")=-V^為nTs周期內穩(wěn)態(tài)時第四開關管S4的占空比； Kk
[0033] 經過中值處理后的第三開關管S3的占空比DS3(n) =l_Ds4(n);
[0034] 步驟13、產生占空比為Dsl(n)的PWM波來控制第一開關管S1，產生占空比為DS2(n) 的PWM波來控制第二開關管S2,產生占空比為DS3 (n)的PWM波來控制第三開關管S3,產生 占空比為Ds4(n)的PWM波來控制第四開關管S4。
[0035] 本發(fā)明的特點還在于：
[0036] 得到步驟6中公式（3)的具體過程為：
[0037] 在（n-1) 1和nTs兩個周期內，電感電流正半周時：
[0038] 印周期內，nT3時刻的電感電流込(n)增加到電感電流在nTs階段內峰值的增量 AiL+ (n)為：
[0039]
(9)
[0040] nTjt刻的電感電流ijn)增加到電感電流在nTsM段內峰值的平均值為（ 為：
[0041]
(10)
[0042] 電感電流在nTs階段內峰值減小到〇1+1)!^時刻的電感電流ijn+l)的變化量 AiL- (n)為：
[0043]
(11)
[0044] 電感電流在nTs階段內峰值減小到〇1+1)1^時刻的電感電流ijn+l)的平均值 I(")為:
[0050] 在保證式（14)中0?有實數解，且Djn) e [0，1]，可以得到如下關系式：
[0051]
(15)
[0052] 在式（15)的條件下，根據式（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兩個周期內，電感電流負半周時：
[0056] nTs周期內，nT s時刻的電感電流U (n)增加到電感電流在nTs階段內峰值的增量
A iL+ (n)為，
[0057] (17)
[0058] 印時刻的電感電流ijn)增加到電感電流在印階段內峰值的平均值為 為：
[0059]
(18)
[0060] 電感電流在nTs階段內峰值減小到（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段內平均值為（（")為：
[0065]
(21)
[0066] 得：
[0067]
[0068] 在保證式（22)中0?有實數解，且Djn)e [0，1]，可以得到如下關系式：
[0069]
(23)
[0070] 在式（23)的條件下，根據式（22)得到Djn)在印階段的值，解即為：
[0071]
[0072] 步驟1單相并網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 別連接有第一開關管S1的集電極、第三開關管S3的集電極，輸入直流電壓Vd。的負極分別 連接有第二開關管S2的發(fā)射極、第四開關管S4的發(fā)射極，第一開關管S1的發(fā)射極分別連 接第二開關管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管S3的發(fā)射極、第四開關管S4的集電極。
[0073] 第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4均為攜帶反并聯二 極管或具有反并聯二極管特性的可關斷功率開關器件。
[0074] 本發(fā)明的有益效果是：①本發(fā)明單極性調制的單相并網逆變器電流預測控制方 法，采用單極性調制策略，減小了系統(tǒng)功率管開關損耗、電磁干擾；②本發(fā)明