[發明專利]一種降低諧波的單相逆變器電流預測控制方法

有效

• 申請號: 201810159697.5
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108270368B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 李钷;馮海鋒;李睿煜;張景瑞;關明杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門大學深圳研究院
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明提供了一種降低諧波的單相逆變器電流預測控制方法，首先采集輸出電流的實際值，根據實際值，預測下一次采樣時刻在不同的狀態下的輸出電流值。設計迭代方法，計算出不同預測值下連續一個周波的輸出電流的平均值，基波瞬時值以及THD的值。以輸出電流的平均值的絕對值，基波瞬時值與參考電流值的差的絕對值以及THD的值的線性組合為優化函數，采用遍歷法確定使得函數最小的狀態作為控制器的輸出，實現以降低諧波為目的的單相逆變器模型預測控制。

技術領域

本發明屬于變流器控制技術領域，具體涉及一種單相逆變器以減少諧波為目的電流預測控制方法。

背景技術

逆變器通過控制開關元件的開斷輸出交流電流，實現電能從直流到交流的轉變。近年來，隨著高精度電機驅動、新能源并網等需求的增加，需要逆變器提供更高質量的交流電流。總諧波失真(Total Harmonic Distortion,THD)是評價交流電流的質量是否達標的主要指標。THD越低說明交流電流的品質越好。過高的THD會帶來一系列的負面效果，如電機的運行效果變差、電網的運行成本增加等。更嚴重的，過高的THD不加治理甚至會影響生產安全，導致財產損失。

電流預測控制因為其易于實現、動態響應快以及魯棒性強等優點在逆變器控制中得到了廣泛的應用。傳統的電流預測控制，在一個采樣周期內對不同開關組合得到的電流進行預測，將預測得到電流與參考電流相比較，選擇誤差絕對值最小的開關組合予以實現。也即，傳統的電流預測控制是以方差最小作為目標進行調制的。如發明專利“一種用于單相并網逆變器的電流預測控制方法”(專利號ZL201510149477.0)中就有用下一個采樣點的輸出電流的預測值與參考電流的誤差來選擇開關組合。但是，方差值小與THD小不等價，也即方差值小THD不一定小。因此，直接以THD最小作為目標來實現模型預測控制是有必要的。

發明內容

本發明的目的是給出一種以THD最小作為目標的單相逆變器電流預測控制方法，降低現有的預測控制以方差最小為目標的方法的THD，提高逆變器輸出交流電流的品質。

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種降低諧波的單相逆變器電流預測控制方法，逆變器通過電阻和電感串聯的濾波器與反向電動勢相連；其中，電阻值是R，電感值是L，反向電動勢是Ug；

逆變器直流端的電壓記為V_dc，電網的基波頻率是f₀＝50Hz，同步轉速定義為ω₀＝2×πf₀rad/s，采樣頻率為f_s，采樣時間為T_s，一個周波的采樣點數為N，則有T_s＝1/f_s，N＝f_s/50；

單相逆變器的輸出電流為i，單相逆變器的輸出電流的參考值為i^*，為標準的基波正弦信號；逆變器輸出電流有三種狀態，輸出為V_dc記為狀態S₁，輸出為0記為狀態S₂，輸出為-V_dc記為狀態S₃；λ₁和λ₂為大于0的常數，用于設置直流分量和總諧波失真在控制輸入中的權重；

所述控制方法包括如下步驟：

1)計算預測值，在第k次采樣時候，采集輸出電流i(k)，計算系統在下一個采樣時刻k+1時，不同的輸出狀態下，輸出電流的預測值計算方法如下：

2)迭代計算在第k次采樣時候，連續一個周波的輸出電流的有效值I_RMS(k)，連續一個周波輸出電流的平均值I₀(k)，連續一個周波輸出電流的基波幅值I₁(k)以及基波分量的瞬時值i_α(k)；計算方法如下：