三相单级差分升压逆变器的控制方法和装置

本发明属于变流器控制，尤其涉及一种三相单级差分升压逆变器的控制方法和装置。

背景技术：

1、随着光伏发电等可再生能源的快速发展，低电源电压的电源转换系统应用场景逐渐增多。传统的电压源逆变器需要两级拓扑。第一级将输入电压提升到适当的直流电压值，第二级是桥式逆变器拓扑。然而，两级结构增加了逆变器中的元件数量，不仅成本较高，并且降低了系统效率。与两级升压逆变器相比，差分升压逆变器只需一级拓扑即可实现交流-直流转换，并且输出电压和电流为正弦波而不是脉宽调制(pwm)波，因此拓扑结构更简单，体积更小，效率更高，对负载更友好。另外，三相差分升压逆变器的每一相可以独立于其余两相进行控制，仅需研究其中一相的控制策略即可实现对整个三相逆变器的控制。因此，三相差分升压逆变器在交流变换领域具有很好的应用前景。然而，其现有的传统控制策略中，开环直接控制由于电路特有的非线性特性，输出电流谐波含量较大，波形质量差；而双环pi控制动态响应较慢，在输入电压或负载发生突变时的动态性能较差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种三相单级差分升压逆变器的控制方法和装置，具有算法简单、易于数字实现、输出谐波含量低、动态性能好的特点。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种三相单级差分升压逆变器的控制方法，根据逆变器每一相输入输出离散时间模型，通过构建价值函数，对三相差分升压逆变器的输出电压进行控制。

4、本发明还提供一种三相单级差分升压逆变器的控制方法，包括以下步骤：

5、步骤s1、测量k时刻系统每相的电压、电流值；

6、步骤s2、预测两种开关状态下一时刻k+1时的每相输出电压、电感电流；

7、步骤s3、将两种开关状态下每相的预测值和参考值分别代入价值函数g，取g值最小对应的开关状态；

8、步骤s4、在k+1时刻，采用步骤s3得到的开关状态分别控制三相差分升压逆变器每相的开关。

9、作为优选，步骤s1中，包括：测量k时刻输入电压vin(k)、测量k时刻逆变器每相的输出电压vox(k)，其中，下标中的x代表a、b、c三相；测量k时刻逆变器每相的输出电流iox(k)；测量k时刻逆变器每相的电感电流ilx(k)。

10、作为优选，步骤s2包括：

11、步骤s21、通过分析单相升压逆变器两种开关状态下的等效电路，建立关联输入电压、输出电压、输出电流和电感电流的离散时间模型；

12、步骤s22、通过步骤s1测量得到的三相升压逆变器每相的vin(k)、vox(k)、iox(k)、ilx(k)，预测k时刻开关状态为上管关断，下管导通时下一时刻k+1的三相升压逆变器每相的电感电流ilx(k+1)和输出电压vox(k+1)；

13、步骤s22、通过步骤s1测量得到的三相升压逆变器每相的vin(k)、vox(k)、iox(k)、ilx(k)，预测k时刻开关状态为上管导通，下管关断时下一时刻k+1的三相升压逆变器每相的电感电流ilx(k+1)和输出电压vox(k+1)。

14、作为优选，步骤s3包括：

15、步骤s31、预测得k+1时刻的ilx(k+1)、vox(k+1)分别与其参考值ilxref、voxref组成价值函数g，

16、g＝|voxref-vox(k+2)|2+λi|ilxref-ilx(k+2)|2

17、其中，λi为权重因子，其值取为1，voxref为输出电压的参考值，三相取值分别为：

18、voaref＝asinωt+vdc

19、

20、其中，a为输出电压中交流分量的幅值，vdc为输出电压中的直流分量值。ilxref为电感电流的参考值，其根据输出电压与输出电压参考值的误差由pi外环控制得到；

21、步骤s32、每相桥臂有{sx1,sx2}为{1,0}或{0,1}两种开关状态，将这两种开关状态下的ilx(k+1)和vox(k+1)分别代入价值函数g，每相可得到2个g值；

22、步骤s33、每相取g值小的开关状态，作为每相升压逆变器开关sx1和sx2的k时刻的开关状态。

23、本发明还提供一种三相单级差分升压逆变器的控制装置，包括：

24、第一处理模块，用于测量k时刻系统每相的电压、电流值；

25、第二处理模块，用于预测两种开关状态下一时刻k+1时的每相输出电压、电感电流；

26、第三处理模块，用于将两种开关状态下每相的预测值和参考值分别代入价值函数g，取g值最小对应的开关状态；

27、第四处理模块，用于在k+1时刻，采用步骤s3得到的开关状态分别控制三相差分升压逆变器每相的开关。

28、作为优选，第二处理模块包括：

29、第一计算单元，用于通过分析单相升压逆变器两种开关状态下的等效电路，建立关联输入电压、输出电压、输出电流和电感电流的离散时间模型；

30、第一计算单元，用于通过三相升压逆变器每相的vin(k)、vox(k)、iox(k)、ilx(k)，预测k时刻开关状态为上管关断，下管导通时下一时刻k+1的三相升压逆变器每相的电感电流ilx(k+1)和输出电压vox(k+1)；

31、第三计算单元，用于通过三相升压逆变器每相的vin(k)、vox(k)、iox(k)、ilx(k)，预测k时刻开关状态为上管导通，下管关断时下一时刻k+1的三相升压逆变器每相的电感电流ilx(k+1)和输出电压vox(k+1)。

32、作为优选，第三处理模块包括：

33、第三计算单元，用于预测得k+1时刻的ilx(k+1)、vox(k+1)分别与其参考值ilxref、voxref组成价值函数g，

34、g＝|voxref-vox(k+2)|2+λi|ilxref-ilx(k+2)|2

35、其中，λi为权重因子，其值取为1，voxref为输出电压的参考值，三相取值分别为：

36、voaref＝asinωt+vdc

37、

38、其中，a为输出电压中交流分量的幅值，vdc为输出电压中的直流分量值，ilxref为电感电流的参考值，其根据输出电压与输出电压参考值的误差由pi外环控制得到；

39、第五计算单元，用于设置每相桥臂具有{sx1,sx2}为{1,0}或{0,1}两种开关状态，将这两种开关状态下的ilx(k+1)和vox(k+1)分别代入价值函数g，每相可得到2个g值；

40、第六计算单元，用于每相取g值小的开关状态，作为每相升压逆变器开关sx1和sx2的k时刻的开关状态。

41、相比现有技术，本发明具有以下技术效果：

42、1、本发明解决了传统控制策略由于电路非线性特性导致的输出谐波较大的问题。

43、2、本发明的控制算法简单、易于数字实现，无需传统控制策略复杂的占空比运算和pwm调制；

44、3、在本发明提供的模型预测控制算法下，三相单级差分升压逆变器输出电压和电流的动态性能好、稳态精度高。