一种单相光伏并网逆变器改进预测电流控制算法

光伏并网逆变器传统预测电流控制算法由于采样与计算延时会造成差一拍控制,使得逆变器并网电流不能很好地跟踪目标电流,同时逆变器滤波电感模型值与实际值有误差时会造成并网电流谐波大,还可能导致系统不稳定。为克服这些不足,提出了一种改进的预测电流控制方法,可提前一个采样周期对并网逆变器输出电压进行预测,同时利用递推最小二乘法对电感参数进行在线辩识。仿真和试验结果表明所提方法有效提高了逆变器并网电流对目标电流的跟踪精度,减小了并网电流的谐波分量,提高了由逆变器进网的电能的质量。     

改进型预测电流控制算法

为解决传统预测电流控制算法在并网逆变器电感参数失配时容易出现系统不稳定的问题,利用根轨迹法找出电感参数失配影响控制算法稳定性的原因。在此基础上提出一种改进型预测电流控制算法,通过对电流误差控制目标的修改和对逆变器理想输出电压的线性预测,在运算过程中不仅避免了预测程度的加深,还能减小电流环特征方程的各项权重系数,利用零极点对消改造电流环反馈系统的极点,使其特征方程的阶次始终为二阶。该算法在电感参数发生较大失配时,仍能保持系统稳定,使输出电流跟随给定。仿真和实验结果证明了所提算法的正确性和可行性。     

一种改进型预测电流控制算法

并网逆变器控制系统的最终目标是实现对参考电流的跟踪,因此需要根据前两个或三个开关周期的情况对参考电流进行前向预测,由于模型电感与实际电感之间的不匹配,导致不同的预测电流控制算法对系统稳定性的影响不同,或者说在系统稳定的前提下不同算法对电感不匹配程度的容忍度不同。本文在对单相并网逆变器控制系统进行稳定性分析的基础上,对比研究了各种传统算法的优缺点,指出了造成其控制效果不同的根本原因,并提出了一种改进型预测电流控制算法,通过将目标电流误差从前两个开关周期电流差改为另一特定形式,减少对中间变量的近似计算,提高算法可靠程度,将系统稳定对电感不匹配的容忍度大大提高,得到比传统方法更好的稳定裕度。最后,通过建立仿真模型和搭建实验平台验证了该新算法的优越性。     

单相光伏并网逆变控制器的优化

针对单相光伏并网系统中直流母线电压纹波比较大的特点,提出一种新型的周期数组滤波器,对逆变电压环控制器的输出进行二次谐波分量的检测与滤除,有效地抑制电压纹波对并网逆变控制器中输出电流参考的不利影响,从而降低并网电流的畸变率.另外针对并网逆变器中滤波电感值随电流变化导致低功率输出时并网电流畸变较大的现象,在电流环控制器中加入串联电感补偿算法,改善逆变器在低功率输出时的并网性能.最后在3kW单相全桥光伏并网逆变器样机上的实验结果验证了所提出的周期数组滤波器和串联电感补偿控制算法的可行性.     

三相优化无电压传感器并网预测技术研究

为提高三相并网逆变器的可靠性和进一步降低三相并网逆变器的成本,提出了一种三相并网逆变器无交流电压传感器的电压估计策略.应用基于二阶广义积分器的正交信号发生器(SOGI-QSG)构造改进型无电压传感器观测模型的控制新方法,并结合了一种改进型无差拍预测电流控制算法,增加预测k+2时刻的采样电流.实验结果表明,该策略有效地避...     

基于纹波电流前馈的并网逆变器模型预测控制方法

研究了一种基于纹波电流前馈的单相并网逆变器的电流控制方法。首先研究了适用于单相并网逆变器的传统有限集模型预测控制算法(FCS-MPC)。随后研究了输出电流的纹波特征,接着通过改进传统的有限集模型预测控制算法,在此基础上增加了前馈纹波电流环节,以达到降低单相并网逆变器输出电流纹波的目的。最后通过仿真和实验,证实了所提控制方法的有效性。     

三相并网逆变器改进定频模型预测电流控制

三相并网逆变器传统模型预测控制存在开关频率不固定和输出电流谐波含量较高的问题,给并网逆变器输出滤波器的设计带来了一定困难,并且影响并网逆变器的运行效率。为此,提出一种三相并网逆变器改进定频模型预测电流控制算法,在每个控制周期采用三个电压矢量,通过 轴电流无差拍控制来确定每个电压矢量的作用时间,以电流跟踪误差最小选择最优电压矢量组合,再经过DPWM0调制得到开关信号,实现输出电流定频控制且谐波含量降低。仿真和实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

电网不平衡下逆变器预测功率控制研究

在新能源发电并网领域,电网不平衡故障时有发生,为提高逆变器并网性能,提出了并网逆变器预测功率控制算法。建立了并网逆变器数学模型,根据功率最优和电流最优控制目标,提出了对应的电网不平衡故障时的预测功率控制算法,实现了瞬时有功-无功控制和对称的正序控制。实验结果表明了提出的预测功率控制算法的正确性和有效性。     

单相光伏逆变器输出滤波电感非线性分析及改进

在单相光伏并网逆变器中,为了降低逆变器输出电流的总谐波失真(THD)值及提高整机效率,需要滤波电感在轻载电流下有足够高的电感值,同时又能在重载电流下保持一定感量。为了解决这个问题,在单相光伏并网逆变器输出滤波电感中采用非线性电感方案。基于工程电磁场理论,运用有限元分析软件深入研究了台阶气隙非线性电感特性的产生机理,发现台阶气隙存在主磁芯局部饱和问题,且切割困难,在工程上难以实现。基于此对非线性电感结构进行改进,提出了一种新的非线性电感结构,与台阶气隙方案相比,改进型的非线性电感结构简单,便于工程实现。从理论上分析该方案的效果,最后仿真和实验验证了所提非线性电感的有效性。     

改进型Z源并网逆变器

针对传统Z源并网逆变器升压能力有限、启动冲击较为严重、输入电流断续造成直流电压利用率低等方面的不足,对传统的阻抗网络进行改进,提出一种改进型Z源并网逆变器拓扑。该拓扑在传统的阻抗网络的基础上增加一个有源开关及电感,与传统阻抗网络中的输入二极管在前级构成一个等效Boost电路,提高了传统Z源逆变器的升压能力,电感的加入也限制了启动冲击电流,并保证了输入电流的连续。在理论分析的基础上,对基于改进型Z源逆变器的单相并网系统进行了仿真及实验研究,结果均表明该拓扑能够以实现单位功率因素并网,且启动过程平缓,输出电能质量好,系统效率高,验证了该拓扑的可行性及性能的优越性。     

具有参数鲁棒性的三相电压源型并网逆变器模型预测电流控制

传统模型预测电流控制十分依赖精确的数学模型,然而建模存在的误差会使模型参数失配。针对模型参数失配引起的控制器鲁棒性较差问题,提出了具有参数鲁棒性的模型预测电流控制算法。通过对模型预测电流控制的工作机理进行分析,论述了电感失配对控制器的影响;根据实际电流变化量与预测电流变化量的关系建立电感观测器并划分观测区域,使预测模型具有强鲁棒性。在两电平三相电压型并网逆变器系统上对所提算法进行仿真与实验,在模型参数失配时,控制器可通过电感观测器准确跟踪实际电感值并修正模型,从而有效降低并网电流的总谐波含量,仿真和实验结果验证了该算法的可行性与有效性。     

滤波电感在线估计方法在预测电流控制中的应用

提出了一种滤波电感参数的在线估计方法,从而可以防止传统预测电流控制方法在滤波电感参数不匹配时可能出现的电流相位差和系统不稳定问题。通过简化小型分布式单相并网发电系统的等效电路,同时考虑逆变器输出电流过零附近存在的死区效应,结合三点中值滤波方法,建立了基于每个电网电压周期的正负采样区间的平均电感参数在线估计方程。针对电感参数变化、逆变器输出电流幅值变化以及注入一定的谐波电流、电网电压幅值变化和注入一定幅值的谐波电压等各种情况,进行了仿真和实验研究,结果证明本文所提出的方法是正确可行的。     

改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法

针对传统单矢量模型预测控制负载电流谐波含量大和多矢量模型预测控制开关频率高、功率损耗大的问题,在给出传统双矢量并网逆变器模型预测电流控制方法的基础上,提出改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法。该方法结合无差拍控制思想计算目标参考电压矢量,以电压矢量为目标函数,并通过优化电压矢量选择,减少了控制算法计算量,降低了负载电流谐波含量、逆变器开关频率和功率损耗,从而提高了并网逆变器的运行效率。通过仿真和实验对比研究了传统单矢量法、传统双矢量法和所提方法的控制效果,并验证了所提方法的有效性。     

Prediction-based Deadbeat Control for Grid-connected Inverter with L-filter and LCL-filter

Abstract—In this article, an improved deadbeat control algorithm suitable for digital signal processor-based circuit implementation is proposed. The control algorithm allows the derivation of a nearly sine wave output current with a fixed switching frequency of a current-controlled voltage source inverter. Two low-pass output filters configurations are considered in this study: a simple inductance filter and an LCL-filter. By taking advantage of prior knowledge of the state variables’ shape, the improved deadbeat control algorithm is based on a simple prediction model to derive the expected duty cycle needed to switch on and off the power switches. The control study of the grid-connected inverter with L and LCL output filters has been considered using a co-simulation approach with (Powersim Inc., Rockville, Maryland, USA) and MATLAB software (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA). The obtained results show the improvement of both shape quality and tracking accuracy of the output current quantified by low ripple content and a nearly unity power factor.     

基于虚拟阻抗的三相并网逆变器并联策略研究

在三相并网逆变器并联系统中,为了解决组件的差异和电路参数的不一致导致环流过大的问题,传统的并联均流控制策略采用将线路阻抗简化成感性模型的下垂控制方法,缺乏对阻抗电阻特性作用的考虑;为了充分反映线路电阻和电抗对输出到公共节点电压的影响,改进上述下垂控制方程,提出一种基于虚拟阻抗的逆变器并联均流控制策略,搭建两台逆变器Matlab/Simulink并联模型,在并网和孤岛运行模式下进行仿真研究,仿真结果表明,改进的方法均流效果明显,有效地降低环流,减小无功危害,提高并联系统运行效率。     

电动汽车用V2G并网逆变器改进型MPC算法研究

针对传统模型预测控制MPC(model predictive control)算法开关频率不固定、稳态性能差等问题,提出了一种基于拉格朗日乘数法的模型预测电流控制LM-MPCC(model predictive current control based on Lagrange multiplier)算法,并应用于电动汽车用两电平V2G(vehicle-to-grid)并网逆变器。比起传统MPC算法,该算法不仅能够实现逆变器开关频率固定,还可以大大提高系统稳态性能,提高输出电流控制精度。首先,从电路拓扑出发建立了逆变器数学模型并介绍了传统MPC算法。在此基础上,详细分析了所提控制算法的实现方式,包括期望矢量与占空比计算。最后,实验与仿真结果验证了所提控制算法的有效性。     

基于抗频率偏移电感辨识的并网逆变器模型预测控制

电感参数对实现并网逆变器高精度模型预测控制至关重要,而传统电感辨识方法易受到电网频率偏移的影响,且在有功功率为零时无法使用。为提高模型预测控制中电感参数的频率鲁棒性,提出了一种基于模型参考自适应的电感在线辨识方法。首先,设计了一种二阶滑模观测器观测电网电压。其次,在不补偿低通滤波器造成观测电压幅值和相位偏差的情况下,令实际电网电压也产生相同的幅值和相位偏差,而后利用二者之间的误差与电感误差的关系建立电感辨识模型,从而克服了电网频率偏移对电感辨识结果的影响,且在有功功率为零时也可实现电感辨识。最后,将辨识出的电感参数代入模型预测控制算法,即可实现对逆变器更准确地控制。实验研究验证了所提电感辨识方法的有效性和准确性。