[发明专利]一种开关切换序列控制和误差分析方法、设备、存储介质

说明书

本发明属于功率电子学中的功率开关控制技术领域，公开了一种一阶离散开关切换序列控制和误差分析方法及系统，单相L型逆变器用于建立一阶离散开关系统模型；可控直流电源用于产生所需的控制输入变量u的幅值大小；控制板编写DSP程序使得逆变器中的功率开关元件按所设计的开关序列进行切换，并对采集到的电流信号进行离散化处理；带数字滤波功能的示波器用于观测电流信号和跟踪给定信号，并进行误差分析。本发明基于开关控制理论充分讨论整个电力系统的稳定性，其跟踪给定信号的动态响应快，在跟定信号发生改变时，有着精确的稳态误差。

技术领域

本发明属于功率电子学中的功率开关控制技术领域，尤其涉及一种一阶离散开关切换序列控制和误差分析方法及系统。

背景技术

目前，近几十年中，电力电子设备得到了较好的发展，大量功率开关元件广泛用于新能源并网系统中，例如：MOSFET，IGBT，SiC和KaN等。功率开关元件的高频开关量使得电力系统成为了开关系统。然而单个电力电子设备对整个电力系统的稳定性的影响没有确切的理论依据，只是通过精心设计的开关控制策略来实现电力系统良好的性能。

大量的电源开关元件连接到电网中时，这些元件之间会相互影响，电网的性能和稳定性会下降。传统的多用途并联转换器的PWM在电力系统中导致高频振荡。通过同步不同转换器中PWM的载波，全局同步PWM来抑制高次谐波。控制PWM载波的相位，以减少由不同电源开关系统引起的高频振荡。进一步证明，每个电力电子设备的开关控制策略对整个系统都有重大影响。但是，上述方法没有提供系统的理论来分析功率开关控制的稳定性和稳态精度。

模型预测控制(MPC)是一种众所周知的开关控制策略，MPC的模型是离散的，已广泛应用于多种电源开关系统中。在最近的几十年中，已有许多文献提供了大量先进的MPC，以提高各种电力电子设备的性能，并用Lyapunov函数证明所提出的MPC是有界的。然而这些文献没有给出稳态误差的准确分析。

上面提到的方法都是关于电源开关控制问题的。但是，没有文献在功率电子学领域用数学方法来描述串并联逆变器问题。因此，现有方法(如PWM， MPC)之间的关系尚未得到明确讨论。另外，还没有系统地提出关于功率开关控制的稳定性和稳态精度的理论。相比现有方法，所提方法具有更好的跟踪精度。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)目前的功率电子学中的功率开关控制中，对于稳态误差分析准确性差；造成整个电力系统的稳定性效果低下，跟踪给定信号的动态响应速度慢。

(2)传统的脉宽调制(PWM)方法其原理就是依托面积等效原理，当给定信号为时变信号时或者给定信号不稳定产生扰动时，其跟踪精度将下降，跟踪误差会增大。

解决以上问题及缺陷的难度为：现有PWM方法基于面积等效原理，而忽略了给定信号时变或扰动存在情况下，在调制方法上所带来的误差，甚至有可能使得跟踪误差达不到所要求的范围，跟踪精度受到了极大的限制。

解决以上问题及缺陷的意义为：创新了一种有效的新控制方法，相比于传统PWM，在扰动存在的情况下，能够有效的跟踪给定信号，跟踪精度增大，并能为功率系统在调制方法上提供借鉴意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种一阶离散开关切换序列控制和误差分析方法及系统。

本发明是这样实现的，一种开关切换序列控制和误差分析系统，包括：

单相L型逆变器，用于建立一阶离散开关系统模型；

可控直流电源，用于产生所需的控制输入变量u的幅值大小；

控制板，用于编写DSP程序使得逆变器中的功率开关元件按所设计的开关序列进行切换(导通和切断)，并对采集到的电流信号进行离散化处理；

带数字滤波功能的示波器，用于观测电流信号和跟踪给定信号，并进行误差分析。