[发明专利]一种准Z源逆变器降低开关频率的模型预测控制方法

说明书

一种准Z源逆变器降低开关频率的模型预测控制方法，建立准Z源逆变器的系统模型，包括在非直通状态和直通状态下的系统模型；确定选择电压矢量准则，包括一种传统零矢量、六种传统有效矢量和一种直通矢量；设计代价函数；为了降低准Z源逆变器的开关频率，在代价函数中引入开关频率相关的权重项，通过调整开关频率权重项的权重因子可以降低系统的开关频率。本发明系统开关频率的降低会带来以下两点好处，第一点：减少了系统的开关频率也就是减少了系统在开关切换时刻的损耗，以此提高了整个系统的工作效率；第二点：系统的开关频率减少也意味着IGBT会有更长的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种准Z源逆变器控制领域，特别是一种降低开关频率的准Z源逆变器模型预测控制方法。

背景技术

新能源发电系统中广泛采用的是传统的电压型逆变器，但其自身不具备升/降压功能，不能适应输入电压的大范围波动，因此，在光伏等新能源发电场合应用存在着一定的局限性。若要实现升/降压功能，需额外增加一级Buck/Boost电路，构成两级式的功率变换电路，结构复杂且可靠性降低。而将Z源逆变器(Z-source inverter)和准Z源逆变器(quasi-Z-source inverter)应用于新能源发电系统中，能够克服传统逆变器的不足，当负载较重时，逆变器工作在升压模式；当负载较轻时，逆变器则工作在降压模式，即类似于传统逆变器的工作模式。因此其自身特有的升降压功能使逆变器在不增加一级功率变换电路的基础上，就能够对输入电压进行大范围的调整，且电路结构简单、可靠性高。

目前，关于准Z源逆变器的调制方法中，比较常见的是SPWM(正弦脉宽调制)和SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)，而模型预测控制具有结构简单，不需要调制，响应快等优点，近些年来许多学者研究模型预测控制在Z源/准Z源逆变器上的应用。在大功率光伏准Z源逆变器中，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的损耗是不容忽视的，这不仅会降低整个系统的效率也会导致IGBT因为发热严重而缩短使用寿命。因此，如何降低系统的开关频率，来提高系统的效率和延长IGBT的使用寿命是大功率光伏准Z源逆变器应用中急待解决的问题。

发明内容

为了有效地降低大功率准Z源逆变器的开关频率，本发明提出一种准Z源逆变器降低开关频率的模型预测控制方法，该方法在代价函数中引入关于开关频率权重项，以降低系统的开关频率。

为了解决上述技术问题提出的技术方案为：

一种准Z源逆变器降低开关频率的模型预测控制方法，包括以下步骤：

步骤1,建立准Z源逆变器的模型，过程如下：

1.1，准Z源逆变器在输出侧的电压方程为

式中，i_out是输出电流，V_out是输出电压，R、L为负载电阻和负载电感；

1.2，准Z源逆变器非直通状态下和直通状态下的电容和电压方程非直通状态下：

直通状态下：

式中，v_in是电源电压，v_C1是电容电压，R_L1是电感的杂散电阻，i_L1是电感电流，i_inv是各个开关状态下的输出电流，L₁和C₁是准Z源网络中的电感和电容；

1.3，采用欧拉法对控制变量在采样周期为T_s的条件下进行采样，得到如下离散时间模型方程：