mH;
[0110] (5)單相電阻 0.1Q;
[0111] (6)采樣頻率lOKHz。
[0112] 電流跟蹤結(jié)果如圖9(a)和圖9(b)所示，可以看出，采用傳統(tǒng)的預(yù)測控制算法由于 沒有將最優(yōu)時間作為一個自由度，電流跟蹤的精度略低，滯環(huán)帶較大，而采用本發(fā)明的預(yù)測 控制方法后，跟蹤精度明顯提高，由有效矢量作用時間過長導(dǎo)致的電流過調(diào)節(jié)的情況得到 了很好的改善。
[0113] 圖10(a)和圖10(b)是在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的d軸電流波形（為了保證單位功率 因數(shù)，q軸電流給定為〇)，可以看出，采用改進算法后電流跟蹤誤差明顯減少。
[0114] 分別對兩個波形進行FFT分析，如圖11(a)和圖11(b)所示，可以看出，兩種控制 方案均能保證基波分量的跟蹤，但是采用本發(fā)明的預(yù)測控制方法后，電流畸變率幾乎降為 原來的一半，因此從控制精度的角度出發(fā)，本發(fā)明提出的算法要優(yōu)于有限集模型預(yù)測控制 算法。
[0115] 本發(fā)明的預(yù)測控制方法的另一個優(yōu)點是開關(guān)變化變得有規(guī)律可循，每次變化僅有 一個橋臂動作，圖12(a)展示了沒有額外附加優(yōu)化算法之前的預(yù)測控制開關(guān)狀態(tài)選擇波 形，圖12(b)展示了改進算法有效矢量選擇波形，可以看出，傳統(tǒng)算法經(jīng)常出現(xiàn)多個橋臂同 時動作的情況，若要改變這種狀況，需要增加額外的算法；而本發(fā)明的預(yù)測控制方法則在僅 一個橋臂動作的有效矢量之前切換，而且由于零矢量的自動選擇，整體的調(diào)制效果為單橋 臂動作，從而使得開關(guān)狀況均勻化，每個開關(guān)管承受的開關(guān)損耗基本相同。
[0116] 具體的仿真過程為：
[0117](1)逆變器建模與變換：針對圖1所示的逆變器拓撲，建立數(shù)學(xué)模型式（1)，為了消 除共模電壓的影響將其進行坐標變換，變換結(jié)果如式（3)所示。
[0118] (2)逆變器模型的離散化：為了便于進行數(shù)字化處理，必須將式（3)進行離散化， 離散方法采用后向差分，離散結(jié)果如式（6)所示，由此帶來需要估計下一時刻相關(guān)值的問 題，解決方法是采用拉格朗日二次插值公式估計，以達到較小的估計誤差。由于改進算法并 不需要設(shè)計和計算價值函數(shù)，而是得到最優(yōu)矢量，故將式（6)整理成式（12)。
[0119] (3)區(qū)域判斷及有效時間計算：通過式（12)計算出需要的矢量后，根據(jù)表3判斷 扇區(qū)并根據(jù)表2計算最佳作用時間Trff。
[0120] 表3區(qū)域判斷算法
[0121]
[0122] (4)計算開關(guān)時間Tga、Tgb、Tg。，其中，Tga、Tgb、Tg。分別是A、B、C三相橋臂上橋臂的 開關(guān)管的開通時刻。根據(jù)表4計算不同區(qū)域下的開關(guān)時間Tga、Tgb、Tg。和載波進行比較，如 圖8(a)中區(qū)域I的開關(guān)狀態(tài)圖和圖8(b)中區(qū)域II的開關(guān)狀態(tài)圖，可以看出有兩個不同區(qū) 域和載波比較的方式，為了統(tǒng)一算法，便于編程，在表4中并沒有加入這種不同，因此在區(qū) 域I、111、V中，需要將比較結(jié)果取反后輸出。
[0123] 表4不同區(qū)域時開關(guān)時間的計算
[0124]
[0126] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征在于，包括： 步驟（1):實時采集三相電網(wǎng)的電壓以及并網(wǎng)電流信號； 步驟（2):采用實時采集三相電網(wǎng)的電壓以及并網(wǎng)電流信號和三相靜止坐標下的兩電 平三相并網(wǎng)逆變器模型進行兩相靜止α β坐標變換，求取兩電平三相并網(wǎng)逆變器需要的 輸出電壓矢量； 步驟（3):根據(jù)步驟（2)求取的兩電平三相并網(wǎng)逆變器需要的輸出電壓矢量，選擇兩電 平三相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)有效電壓矢量，并求取最優(yōu)有效電壓矢量的最佳作用時間； 步驟（4):利用有效電壓矢量的最佳作用時間進行求取的逆變器開關(guān)元件的開通和關(guān) 斷時間，進而實現(xiàn)對兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電流的控制。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述步驟（2)中兩電平三相并網(wǎng)逆變器模型在三相靜止坐標下的數(shù)學(xué)表達式為：其中，ea、eb、e。分別是abc三相電網(wǎng)的電壓，u #、111^、11(^是兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出 電壓，ia、ib、i。是并網(wǎng)電流，u _是直流電壓負端和電網(wǎng)公共端之間的電壓；L是濾波電感；R 為與濾波電感串聯(lián)的電阻。3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述步驟（2)中求取兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量的過程，包括： 步驟（2.1):將實時采集三相電網(wǎng)的電壓以及并網(wǎng)電流信號進行變換，得到兩相靜止 α β坐標系下的三相電網(wǎng)的電壓以及并網(wǎng)電流信號； 步驟（2.2):根據(jù)步驟（2. 1)中獲取的兩相靜止α β坐標系下的三相電網(wǎng)的電壓以及 并網(wǎng)電流信號，將三相靜止坐標下的兩電平三相并網(wǎng)逆變器模型轉(zhuǎn)化為兩相靜止α β坐 標系下的兩電平三相并網(wǎng)逆變器模型，進而獲取兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量。4. 如權(quán)利要求3所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述步驟（2.2)中兩相靜止α β坐標系下的兩電平三相并網(wǎng)逆變器模型的數(shù)學(xué)表達 式為：上式中，*代表給定值，Λ代表估計值，i α (k)、iρ (k)為k時刻兩電平三相并網(wǎng)電流的 采樣值乂(k+1)、&(k+l):.是k+Ι時刻兩電平三相并網(wǎng)電壓的估計值，心(k+Ι)、心(k+]> 為下一時刻可能的逆變器輸出電壓，丨<+丨），ζ〇<+1)是給定兩電平三相并網(wǎng)電流在k+1 時刻的預(yù)測值。5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述步驟（3)中選擇最優(yōu)有效電壓矢量的過程為： 步驟（3.1):利用β軸及其與共交點的兩條直線，將復(fù)平面平均分成六個區(qū)域； 以α軸正半軸所在的區(qū)域為第一區(qū)域，然后逆時針方向依次設(shè)為第二區(qū)域、第三區(qū) 域、第四區(qū)域、第五區(qū)域和第六區(qū)域； 步驟（3.2):判斷求取的兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量所在區(qū)域，若兩電 平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量在第i區(qū)域，則最優(yōu)有效電壓矢量選擇其中，i = 1，2, 3, 4, 5, 6〇6. 如權(quán)利要求5所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述最優(yōu)有效電壓矢量選擇4的表達式為：uaN、ubN、11@分別是兩電平三相并網(wǎng)逆變器A、B、C相的輸出電壓。7. 如權(quán)利要求5所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述步驟（3)中求取最優(yōu)有效電壓矢量的最佳作用時間的過程為： 當兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量落在第i區(qū)域時，選擇民作為最優(yōu)有效電壓矢 量，由兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量的作用端點向見做垂線，構(gòu)建出一個直角三角 形，根據(jù)三角關(guān)系求解最優(yōu)有效電壓矢量的最佳作用時間。8. 如權(quán)利要求5所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，兩電平三相并網(wǎng)逆變器中開關(guān)元件的一個開關(guān)周期，包括最優(yōu)有效電壓矢量的最佳 作用時間和零電壓矢量作用時間。9. 如權(quán)利要求8所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特征 在于，所述零電壓矢量為兩電平三相并網(wǎng)逆變器的三個上橋臂處于均導(dǎo)通或三個下橋臂處 于均導(dǎo)通時的兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量。10. 如權(quán)利要求9所述的一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，其特 征在于，當兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量落在第m區(qū)域時，選擇零電壓矢量％作用 于一個開關(guān)周期內(nèi)有效電壓矢量的最佳作用時間的剩余時間，其中，m = 1，3, 5 ; 當兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電壓矢量落在第η區(qū)域時，選擇零電壓矢量I作用于一 個開關(guān)周期內(nèi)有效電壓矢量的最佳作用時間的剩余時間，其中，η = 2, 4, 6 ; _為兩電平三相并網(wǎng)逆變器的三個上橋臂處于均導(dǎo)通狀態(tài)的零電壓矢量，馬為兩電 平三相并網(wǎng)逆變器的三個下橋臂處于均導(dǎo)通狀態(tài)的零電壓矢量為。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于兩電平三相并網(wǎng)逆變器的電流預(yù)測控制方法，包括實時采集三相電網(wǎng)的電壓以及并網(wǎng)電流信號；采用實時采集三相電網(wǎng)的電壓以及并網(wǎng)電流信號和三相靜止坐標下的兩電平三相并網(wǎng)逆變器模型進行兩相靜止αβ坐標變換，求取兩電平三相并網(wǎng)逆變器需要的輸出電壓矢量；根據(jù)求取的兩電平三相并網(wǎng)逆變器需要的輸出電壓矢量，選擇兩電平三相并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)有效電壓矢量，并求取最優(yōu)有效電壓矢量的最佳作用時間；利用有效電壓矢量的最佳作用時間進行求取的逆變器開關(guān)元件的開通和關(guān)斷時間，進而實現(xiàn)對兩電平三相并網(wǎng)逆變器輸出電流的控制。本發(fā)明的預(yù)測控制方法能改善電流跟蹤效果、減小畸變率，使開關(guān)變化變得規(guī)律。
【IPC分類】H02M7/537, H02M7/48, H02J3/38
【公開號】CN105071677
【申請?zhí)枴緾N201510542105
【發(fā)明人】陳阿蓮, 張子成, 張承慧, 邢相洋
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月28日