本發(fā)明涉及逆變器控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種三相四線逆變器的控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：目前，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，三相逆變器廣泛的應(yīng)用于智能電網(wǎng)、可再生能源系統(tǒng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)等系統(tǒng)當(dāng)中。當(dāng)三相逆變器帶不平衡負(fù)載，或者逆變器并聯(lián)在不平衡電網(wǎng)當(dāng)中；通常需要采用三相四線制逆變器，三相四線制逆變器一般分為兩種：分裂電容式、四橋臂式。在分裂電容式三相四線逆變器中，分裂電容的中點(diǎn)作為負(fù)載的中性點(diǎn)，中性線為零序電流提供通道，最終中性線電流流入分裂電容中點(diǎn)當(dāng)中。而三相逆變器開環(huán)工作在負(fù)載擾動的情形下輸出電壓容易發(fā)生畸變。傳統(tǒng)技術(shù)中，解決上述技術(shù)問題通常采用閉環(huán)控制抑制負(fù)載擾動下輸出電壓波形的畸變。然而，傳統(tǒng)技術(shù)中輸出電壓閉環(huán)控制通過設(shè)計(jì)合適的pi控制器、重復(fù)控制器等實(shí)現(xiàn)，此種方法的缺點(diǎn)為控制器設(shè)計(jì)過程更為復(fù)雜。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，提供一種三相四線逆變器的控制方法及系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種三相四線逆變器的控制方法，包括：步驟1，獲取待預(yù)測三相四線逆變器的所有開關(guān)狀態(tài)；建立負(fù)載擾動狀態(tài)下三相四線逆變器的變量關(guān)系模型；步驟2，獲得所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律；獲得所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值；步驟3，在所述三相四線逆變器每一采樣周期中，選擇所有開關(guān)狀態(tài)中使得代價函數(shù)結(jié)果值最小的開關(guān)狀態(tài)，作為所述三相四線逆變器下一采樣周期的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種三相四線逆變器的控制系統(tǒng)，包括獲取模塊、計(jì)算模塊和選擇模塊：所述獲取模塊，與所述計(jì)算模塊相連，用于獲取待預(yù)測三相四線逆變器的所有開關(guān)狀態(tài)；建立負(fù)載擾動狀態(tài)下三相四線逆變器的變量關(guān)系模型；所述計(jì)算模塊，分別與所述獲取模塊和選擇模塊相連，用于獲得所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律；獲得所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值；所述選擇模塊，與所述計(jì)算模塊相連，用于在所述三相四線逆變器每一采樣周期中，選擇所有開關(guān)狀態(tài)中使得代價函數(shù)結(jié)果值最小的開關(guān)狀態(tài)，作為所述三相四線逆變器下一采樣周期的開關(guān)狀態(tài)。本申請?zhí)岢鲆环N三相四線逆變器的控制方法及系統(tǒng)，其中控制方法根據(jù)三相四線逆變器電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立電路輸入側(cè)和輸出側(cè)的狀態(tài)方程，并確定輸入輸出之間的關(guān)系矩陣；確定逆變器滿足物理約束條件下所有的開關(guān)組合狀態(tài)的數(shù)目；將狀態(tài)空間方程離散化之后得到下一時刻輸出濾波電容電壓的預(yù)測值和直流側(cè)電容電壓預(yù)測值；確定代價函數(shù)，采用有限集預(yù)測控制策略，在每一個采樣周期時刻，選擇使評價函數(shù)最小的開關(guān)狀態(tài)作為下一個時刻的開關(guān)狀態(tài)。本發(fā)明所提出的控制方案能夠有效抑制負(fù)載擾動下輸出濾波電容電壓的畸變，使逆變器輸出正弦對稱的三相電壓，直流側(cè)均壓效果好。同時，該方法可以使得直流側(cè)在電容容值大小不一致的情況下得到良好的均壓效果。附圖說明圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例分裂電容式三相四線逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一種三相四線逆變器的控制方法的整體流程示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例分裂電容式三相四線逆變器3矢量開關(guān)狀態(tài)集合示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例分裂電容式三相四線逆變器6矢量開關(guān)狀態(tài)集合示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用一種三相四線逆變器的控制方法進(jìn)行試驗(yàn)中直流側(cè)電壓均壓示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用一種三相四線逆變器的控制方法進(jìn)行試驗(yàn)中不平衡負(fù)載下輸出電壓及負(fù)載電流示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用一種三相四線逆變器的控制方法進(jìn)行試驗(yàn)中非線性負(fù)載下系統(tǒng)電路示意圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用一種三相四線逆變器的控制方法進(jìn)行試驗(yàn)中非線性負(fù)載下輸出電壓及負(fù)載電流示意圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一種三相四線逆變器的控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。近年來、預(yù)測控制方法廣泛運(yùn)用于電力電子變換器中；此方法實(shí)現(xiàn)簡單、步驟明確、得到的系統(tǒng)性能優(yōu)良。然而、該方法未見使用于分裂電容式三相四線逆變器中。因此有必要設(shè)計(jì)一種負(fù)載擾動下三相四線逆變器預(yù)測控制方法，使得輸出電壓性能優(yōu)良、直流側(cè)均壓效果好。本發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)一種負(fù)載擾動下三相四線逆變器預(yù)測控制方法，以解決負(fù)載擾動下三相四線逆變器輸出電壓畸變以及分裂電容不易均壓的問題。如圖2，示出本發(fā)明一個具體實(shí)施例中一種三相四線逆變器的控制方法整體流程示意圖?？傮w上，包括：步驟1，獲取待預(yù)測三相四線逆變器的所有開關(guān)狀態(tài)；建立負(fù)載擾動狀態(tài)下三相四線逆變器的變量關(guān)系模型；步驟2，獲得所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律；獲得所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值；步驟3，在所述三相四線逆變器每一采樣周期中，選擇所有開關(guān)狀態(tài)中使得代價函數(shù)結(jié)果值最小的開關(guān)狀態(tài)，作為所述三相四線逆變器下一采樣周期的開關(guān)狀態(tài)。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述步驟3后還包括:步驟4，根據(jù)直流側(cè)電容直流電壓初始分量、電容容值大小情況，采取不同的開關(guān)組合狀態(tài)集。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述步驟1中變量關(guān)系模型包括：直流電壓與輸出電壓的關(guān)系矩陣、直流電流與輸出濾波器電感電流之間的關(guān)系矩陣。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述步驟2中獲得所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律還包括：利用直流側(cè)電容微分方程計(jì)算所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述步驟2中獲得所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值還包括：利用輸出濾波器狀態(tài)方程計(jì)算所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述獲取待預(yù)測三相四線逆變器的所有開關(guān)狀態(tài)具體為在滿足電路物理約束的條件下，確定逆變器所有開關(guān)狀態(tài)組合：上下橋臂不能直通，輸出側(cè)不能開路；上下橋臂有且只有一個開關(guān)導(dǎo)通；在上述約束條件下，每個開關(guān)的狀態(tài)應(yīng)滿足：可得逆變器開關(guān)狀態(tài)組合數(shù)為：2*2*2＝8種。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述直流電壓與輸出電壓的關(guān)系矩陣如式(1)所示，直流電流與輸出濾波器電感電流之間的關(guān)系矩陣如式(2)所示：其中，cd1、cd2為直流側(cè)電容；uc1、uc2分別為所述逆變器中cd1、cd2上的電壓；uoa、uob和uoc分別為所述逆變器a相、b相和c相的輸出電壓；ila、ilb和ilc分別為a相、b相和c相的濾波電感上的電流；sa、為a相橋臂上下兩個開關(guān)；sb、為b相橋臂上下兩個開關(guān)；sc、為c相橋臂上下兩個開關(guān)；si,表示該開關(guān)的狀態(tài)，si＝1表示上橋臂導(dǎo)通，表示下橋臂導(dǎo)通；si＝0表示上橋臂關(guān)斷，表示下橋臂關(guān)斷。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述利用直流側(cè)電容微分方程計(jì)算所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律還包括：建立直流側(cè)微分方程：in＝-ila-ilb-ilc(4)δuc＝uc1-uc2(5)其中cd1、cd2為直流側(cè)電容；uc1、uc2分別為cd1、cd2上的電壓；ila、ilb、ilc分別為a相、b相、c相的濾波電感上的電流；in為逆變器中性線電流；δuc為兩個直流電壓之差；將式(3)-(5)進(jìn)行離散化，利用前向差分方法，定義采樣周期為ts，計(jì)算電容壓差下一時刻的預(yù)測值為：其中uc1k、uc2k、iak、ibk、ick分別為直流側(cè)電容cd1、cd2電壓當(dāng)前采樣時刻值，a相、b相、c相輸出濾波電感電流當(dāng)前采樣時刻的值。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述步驟4中利用輸出濾波器狀態(tài)方程計(jì)算所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值還包括：建立輸出側(cè)狀態(tài)方程：其中ii、uci、ilii∈(a,b,c)分別代表輸出濾波電感電流，輸出濾波電容電壓，輸出負(fù)載電流；l、c分別代表濾波電感和濾波電容.將輸出側(cè)狀態(tài)方程離散化得到：式中ilik+1、ucik+1分別表示下一采樣周期輸出濾波電感的電流預(yù)測值和濾波電容電壓預(yù)測值；ilik、ucik、uoik、iik分別代表當(dāng)前采樣時刻輸出濾波電感電流值、濾波電容電壓值、逆變器輸出電壓值、負(fù)載電流值；其中：h＝a-1(g-i)b；下一采樣周期的輸出濾波電感電流及濾波電容電壓：e2、e3、d2、d3為矩陣g的元素；e1、e4、d1、d4為矩陣h中的元素，這些元素由l、c和采樣周期ts決定。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，所述步驟3前還包括確定代價函數(shù)：確定輸出濾波電容電壓參考值；其中ωo為輸出濾波電容電壓角頻率，uom為參考輸出濾波電容電壓幅值。確定輸出濾波電容電壓性能評價函數(shù)：g1＝|uc-uc*|2(11)確定直流側(cè)電容電壓性能評價函數(shù)：g2＝|uc1-uc2|2(12)e*為期望的直流電壓值，應(yīng)滿足電壓傳輸比的限制：e*≥2uom(13)確定系統(tǒng)總的功能評價函數(shù)：g＝λ1g1+λ2g2(14)其中，λ1、λ2分別代表g1、g2的權(quán)重系數(shù)，權(quán)重系數(shù)的大小代表了性能重要的程度。采用有限集模型預(yù)測控制策略，在每一采樣周期，在所有開關(guān)組合狀態(tài)中選擇使代價函數(shù)值最小的開關(guān)狀態(tài)，作為下一采樣周期的開關(guān)狀態(tài)。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制方法，步驟4還包括：當(dāng)直流側(cè)電容相等時選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)中的6矢量集；當(dāng)直流側(cè)電容不相等時先選擇3矢量消除直流電壓初始電壓差值，然后再選擇逆變器開關(guān)狀態(tài)中的6矢量集。根據(jù)直流側(cè)電容直流電壓初始分量、電容容值大小情況，采取不同的開關(guān)組合狀態(tài)集：開關(guān)狀態(tài)集包括3矢量集(包括3種有效開關(guān)狀態(tài)和2種零開關(guān)狀態(tài))和6矢量集(包括8種開關(guān)狀態(tài))；3矢量集和6矢量集如圖3、圖4所示；所述圖3中，左側(cè)表示的為三矢量1，右側(cè)為三矢量2；具體做法為：當(dāng)直流側(cè)電容相等(直流側(cè)電容電壓值初始值相等)時選擇6矢量集合，當(dāng)直流側(cè)電容不相等時(直流側(cè)電容電壓值初始值相等)先選擇3矢量集合消除初始電壓差值，然后再選擇6矢量集合。根據(jù)電路關(guān)系模型、重復(fù)上述步驟。在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，利用本發(fā)明一種三相四線逆變器的控制方法具體實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。表一、實(shí)例中的參數(shù)lo(輸出濾波電感)5mhco(輸出濾波電容)20ufudc(中間直流電壓)300vuom(期望輸出電壓)60vcd1(中間直流電容1)3000ufcd2(中間直流電容2)3000uf/1500ufts(開關(guān)周期)60usωo(輸出電壓頻率)100hzra,rb,rc(負(fù)載電阻)5ω,5ω,5ω/∞ω建立負(fù)載擾動下逆變器的關(guān)系模型，包括直流電壓和輸出電壓的關(guān)系矩陣、直流電流和輸出濾波電感電流之間的關(guān)系矩陣；uc1、uc2分別為cd1、cd2上的電壓；uoa、uob、uoc分別為逆變器a相、b相、c相的輸出電壓；ila、ilb、ilc分別為a相、b相、c相的濾波電感上的電流；sa、代表a相橋臂上下兩個開關(guān)；sb、代表b相橋臂上下兩個開關(guān)；sc、代表c相橋臂上下兩個開關(guān)；si,表示該開關(guān)的狀態(tài)，si＝1代表上橋臂導(dǎo)通，代表下橋臂導(dǎo)通；si＝0代表上橋臂關(guān)斷，代表下橋臂關(guān)斷；idc+，idc-為中間直流電流；s2：在滿足電路物理約束的條件下，確定逆變器所有開關(guān)狀態(tài)組合；s201:上下橋臂不能直通，輸出側(cè)不能開路；s202:上下橋臂有且只有一個開關(guān)導(dǎo)通；在上述約束條件下，每個開關(guān)的狀態(tài)應(yīng)滿足：可得逆變器開關(guān)狀態(tài)組合數(shù)為：2*2*2＝8種；建立直流側(cè)電容微分方程，得到直流電容電壓變化規(guī)律；s301:建立直流側(cè)微分方程如下：in＝-ila-ilb-ilc(5)δuc＝uc1-uc2(6)s302：將上式進(jìn)行離散化，采用前向差分方法，定義采樣周期為ts，可得電容壓差下一時刻的預(yù)測值為：其中uc1k、uc2k、iak、ibk、ick分別為直流側(cè)電容cd1、cd2電壓當(dāng)前采樣時刻值，a相、b相、c相輸出濾波電感電流當(dāng)前采樣時刻的值；根據(jù)表1的參數(shù)可以得到具體的參數(shù)值。s4：建立輸出濾波器狀態(tài)方程并進(jìn)行離散化，得到下一個采樣周期的輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值，參見圖1。s401：建立輸出側(cè)狀態(tài)方程如下：其中ii、uci、ilii∈(a,b,c)分別代表輸出濾波電感電流，輸出濾波電容電壓，輸出負(fù)載電流；l、c分別代表濾波電感和濾波電容；參見圖1。s402：將輸出側(cè)狀態(tài)方程離散化得到：式中ilik+1、ucik+1分別表示下一采樣周期輸出濾波電感的電流預(yù)測值和濾波電容電壓預(yù)測值；ilik、ucik、uoik、iik分別代表當(dāng)前采樣時刻輸出濾波電感電流值、濾波電容電壓值、逆變器輸出電壓值、負(fù)載電流值；其中，h＝a-1(g-i)b(11)s403：聯(lián)合上述式子可得下一采樣周期的輸出濾波電感電流及濾波電容電壓：e2、e3、d2、d3為矩陣g的元素；e1、e4、d1、d4為矩陣h的元素，這些元素由l、c和采樣周期ts決定。s5：確定代價函數(shù)；s501：確定輸出濾波電容電壓參考值；φ＝ωot(13)其中ωo為輸出濾波電容電壓角頻率，uom為參考輸出電壓幅值；s502：確定輸出濾波電容電壓性能評價函數(shù)；g1＝|uc-uc*|2(14)s503：確定直流側(cè)電容電壓性能評價函數(shù)；g2＝|uc1-uc2|2(15)s504：e*為期望的直流電壓值，應(yīng)滿足電壓傳輸比的限制；e*≥2uom(16)s504：確定系統(tǒng)總的功能評價函數(shù)；g＝λ1g1+λ2g2(17)其中，λ1、λ2分別代表g1、g2的權(quán)重系數(shù)，權(quán)重系數(shù)的大小代表了性能重要的程度；s6：采用有限集模型預(yù)測控制策略，在每一采樣周期，在所有開關(guān)組合狀態(tài)中選擇使代價函數(shù)值最小的開關(guān)狀態(tài)，作為下一采樣周期的開關(guān)狀態(tài)；s7：根據(jù)直流側(cè)電容直流電壓初始分量、電容容值大小情況，采取不同的開關(guān)組合狀態(tài)集；s701：確定開關(guān)狀態(tài)組合集；s702：開關(guān)狀態(tài)集包括3矢量集(包括5種開關(guān)狀態(tài))和6矢量集(包括8種開關(guān)狀態(tài))；s703：3矢量集和6矢量集如附圖2、圖3所示，其中u(010)表示逆變器開關(guān)sb,導(dǎo)通，其余開關(guān)關(guān)斷下時逆變器輸出電壓矢量；其余矢量同理；s704：具體做法為：當(dāng)直流側(cè)電容電壓初始值不相等時采取3矢量集合狀態(tài)；當(dāng)直流側(cè)電容電壓直流分量相等時采用6矢量集合狀態(tài)；udc1初始值小于udc2初始值選擇3矢量集1組；udc1初始值大于udc2初始值選擇3矢量集2組；當(dāng)cd1＝cd2＝3000uf時，采取6矢量狀態(tài)集；當(dāng)cd1＝3000uf,cd2＝1500uf時，udc1初始值小于udc2初始值，采取3矢量集1組；s8：根據(jù)電路關(guān)系模型、重復(fù)步驟s3～s6；實(shí)驗(yàn)結(jié)束得到圖5直流側(cè)電壓均壓圖、圖6不平衡負(fù)載下輸出電壓及負(fù)載電流、直流均壓圖；改變實(shí)例中負(fù)載為非線性負(fù)載見圖7、重復(fù)上述過程；得到圖8：非線性負(fù)載下輸出電壓波形圖及直流均壓圖。如圖在本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中，一種三相四線逆變器的控制系統(tǒng)，包括獲取模塊a1、計(jì)算模塊a2和選擇模塊a3：所述獲取模塊a1，與所述計(jì)算模塊a2相連，用于獲取待預(yù)測三相四線逆變器的所有開關(guān)狀態(tài)；建立負(fù)載擾動狀態(tài)下三相四線逆變器的變量關(guān)系模型；所述計(jì)算模塊a2，分別與所述獲取模塊a1和選擇模塊a3相連，用于獲得所述三相四線逆變器直流側(cè)電容電壓變化規(guī)律；獲得所述三相四線逆變器下一個采樣周期輸出側(cè)電感電流及電容電壓的預(yù)測值；所述選擇模塊a3，與所述計(jì)算模塊a2相連，用于在所述三相四線逆變器每一采樣周期中，選擇所有開關(guān)狀態(tài)中使得代價函數(shù)結(jié)果值最小的開關(guān)狀態(tài)，作為所述三相四線逆變器下一采樣周期的開關(guān)狀態(tài)。最后，本申請的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12