[發(fā)明專利]基于直通占空比預測準Z源逆變器直流母線電壓控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711252397.3
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107959431B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉鈺山
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/088
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 李芙蓉;馮建基

本發(fā)明公開了基于直通占空比預測準Z源逆變器直流母線電壓控制方法，通過測量電感電流和電容電壓的當前控制周期的值，結合預期的直流母線電壓值，在所建立的預測模型基礎上，直接預測下一控制周期所需要的直通占空比給調制器，在準Z源逆變器的調制策略下輸出相應的開關函數給逆變橋，得到固定的開關頻率，由于不需對每個開關狀態(tài)評估估值函數，使得運算量大大減少，不需較高的開關頻率即可完成相應的控制；且由于開關函數通過調制器得到，其開關頻率固定，可與PI調節(jié)器使用相同的調制器；這一控制策略根據當前時刻的電壓電流即刻對下一控制周期的狀態(tài)作出反應，其對系統(tǒng)的動態(tài)響應迅速。

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子變流技術領域，具體涉及基于直通占空比預測準Z源逆變器直流母線電壓控制方法。

背景技術

準Z源逆變器由于以單級式變換克服了傳統(tǒng)逆變器升壓比的限制，且其直通狀態(tài)不需要死區(qū)控制大大簡化調試、減小輸出側干擾、提高逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性。準Z源逆變器通過在傳統(tǒng)逆變器的逆變橋中插入直通狀態(tài)，即同一橋臂的上下兩個開關管同時導通，對直流電源的輸出電壓進行升壓。為了得到穩(wěn)定的交流側輸出電壓，準Z源逆變器直流母線電壓的控制尤為重要，需控制其在直流電源電壓變化時，始終保持穩(wěn)定，從而使逆變橋變換后的交流輸出電壓穩(wěn)定提供給負載或交流電網同步。

國內外學者先后針對準Z源逆變器直流母線電壓提出了多種控制策略，例如比例-積分(Proportional-integral，PI)控制、模糊控制、滑?？刂?Sliding mode control，SMC)、模型預測控制(Model predictive control，MPC)等。

比例-積分(PI)控制由于控制結構簡單、易于實現，是較常用、研究較多的控制策略。學者們先后提出了單環(huán)PI控制通過控制準Z源網絡電容電壓來控制直流母線電壓的穩(wěn)定，或雙環(huán)PI控制在電容電壓中加一級內環(huán)比例或PI調節(jié)器控制的準Z源電容電流，從而提高整個控制系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)的PI控制對調節(jié)器參數的依懶性較高，參數的控制作用限制在一定的帶寬內，這一帶寬需經折中考慮系統(tǒng)響應的快速性和穩(wěn)定性，當系統(tǒng)運行超出所設計的帶寬，整體控制性能將降低，例如系統(tǒng)發(fā)散或動態(tài)響應減慢。有研究將模糊規(guī)則與微分調節(jié)器與PI調節(jié)器結合，提出了模糊PID(Proportional-integral-differential，PID)控制，以提高控制器的快速性，但卻使控制器設計較為復雜。

模糊控制、神經網絡控制、滑?？刂?、傳統(tǒng)的模型預測控制策略的動態(tài)響應快，后兩者由于較易于數字實現，近年來有相繼較多的學者對此進行研究，例如用滑?？刂苾δ苄蜏蔤源逆變器的電容電壓、電池電流，以及滑?？刂频膯蜗鄿蔤源逆變器并網控制；模型預測控制被用于傳統(tǒng)準Z源逆變器、準Z源二極管鉗位的三電平逆變器、準Z源級聯多電平逆變器等。

滑模控制的準Z源逆變器直流母線電壓或電容電壓控制需對準Z源網絡的兩個電容電壓都進行反饋檢測，由于準Z源逆變器的兩個電容電壓不同，使得硬件成本較高，因此，這一方法較適用于Z源逆變器，因其兩個電容的電壓相同。

傳統(tǒng)的模型預測控制實時檢測準Z源電感電流、電容電壓，通過電路的離散時間模型預測二者下一控制周期的狀態(tài)，在準Z源逆變器的每個開關函數下，將預測得到的電感電流和電容電壓分別與給定參考值進行比較，其中，使二者差值，即估值函數，最小的開關函數將作為下個周期的開關信號，用于控制逆變器。其對動態(tài)響應迅速、跟蹤性能高，也易于數字實現。然而，其具有開關頻率不固定、計算量大的顯著不足，因而對功率器件和控制器的要求也較傳統(tǒng)PI控制高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供基于直通占空比預測準Z源逆變器直流母線電壓控制方法，用以解決目前準Z源逆變器直流母線電壓的控制需對每個開關狀態(tài)評估估值函數、需要較高的開關頻率、開關頻率不固定、計算量大等顯著不足的問題。