单相级联H桥光伏逆变系统的模型预测控制方法与流程

本公开涉及光伏发电并网，具体涉及一种单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法。

背景技术：

1、级联h桥多电平逆变器具有模块化易拓展、成本低及输出电压质量高的特点，并且其直流侧可由光伏电池板独立供电，使其独立最大功率点跟踪控制成为可能，因而级联h桥结构成为了最具前景的光伏逆变器结构。同时，级联h桥并网光伏逆变器的漏电流也成为了其应用中的一个重要问题。由于缺少变压器隔离，光伏板和电网之间存在直接的电气连接，会在光伏板和大地之间的寄生电容上产生漏电流，漏电流会影响系统的效率、降低系统可靠性、威胁人身的安全以及产生电磁干扰等，因此非常有必要对漏电流进行抑制。

2、目前，传统的漏电流抑制方法主要可以分为以下三种：1)使用改进的拓扑结构，如h5、h6等拓扑；2)采用无源滤波器，如共模电感、emi滤波器等；3)寻求合适的调制策略。

3、然而，与单模块逆变器拓扑不同的是，级联h桥拓扑漏电流的成分不仅与本模块的输出相关，还与级联的其他模块的输出相关联。因此，单个h桥漏电流的抑制方法并不能直接运用到级联h桥拓扑漏电流的抑制，造成了现有的单模块逆变器抑制漏电流的方法与级联h桥逆变器漏电流抑制方法之间匹配性较低。

技术实现思路

1、本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本公开的目的在于提出一种单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法、装置、计算机设备和存储介质，能够基于模型预测控制挑选开关状态的方法替代载波调制，控制效果好，控制结构简单，可同时实现并网电流跟踪、各子模块光伏组件独立最大功率追踪、共模电压高频成分抑制以及开关频率降低四个控制目标。

3、为达到上述目的，本公开第一方面实施例提出的单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法，应用于单相级联h桥光伏逆变系统，所述单相级联h桥光伏逆变系统由n个串联连接的h桥子模块、2个交流电抗器及电网构成，其中，所述方法包括：

4、构建与第k+1控制周期对应的损耗函数；

5、确定所述单相级联h桥光伏逆变系统的多个候选开关状态；

6、确定每个所述候选开关状态对应的所述损耗函数的取值；

7、确定多个所述取值中的最小值，并将所述最小值对应的候选开关状态作为所述第k+1控制周期对应的开关状态进行使用。

8、为达到上述目的，本公开第二方面实施例提出的单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制装置，应用于单相级联h桥光伏逆变系统，所述单相级联h桥光伏逆变系统由n个串联连接的h桥子模块、2个交流电抗器及电网构成，其中，所述装置包括：

9、函数构建模块，用于构建与第k+1控制周期对应的损耗函数；

10、第一确定模块，用于确定所述单相级联h桥光伏逆变系统的多个候选开关状态；

11、第二确定模块，用于确定每个所述候选开关状态对应的所述损耗函数的取值；

12、第三确定模块，用于确定多个所述取值中的最小值，并将所述最小值对应的候选开关状态作为所述第k+1控制周期对应的开关状态进行使用。

13、本公开第三方面实施例提出的计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面实施例提出的单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法。

14、本公开第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面实施例提出的单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法。

15、本公开第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行如本公开第一方面实施例提出的单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法。

16、本公开提供的单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法、装置、计算机设备和存储介质，通过构建与第k+1控制周期对应的损耗函数，确定单相级联h桥光伏逆变系统的多个候选开关状态，确定每个候选开关状态对应的损耗函数的取值，确定多个取值中的最小值，并将最小值对应的候选开关状态作为第k+1控制周期对应的开关状态进行使用，由此，能够基于模型预测控制挑选开关状态的方法替代载波调制，控制效果好，控制结构简单，可同时实现并网电流跟踪、各子模块光伏组件独立最大功率追踪、共模电压高频成分抑制以及开关频率降低四个控制目标。

17、本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

技术特征：

1.一种单相级联h桥光伏逆变系统的模型预测控制方法，其特征在于，应用于单相级联h桥光伏逆变系统，所述单相级联h桥光伏逆变系统由n个串联连接的h桥子模块、2个交流电抗器及电网构成，其中，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损耗函数对应的第一算式为：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第k+1控制周期的并网电流给定值和所述第k+1控制周期第i个h桥子模块的电容电压给定值是基于以下方式确定：

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第k+1控制周期的并网电流预测值由第三算式计算得到，其中，所述第三算式为：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第k控制周期级联h桥逆变器交流输出电压由第四算式计算得到，其中，所述第四算式为：

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第k+1控制周期的开关动作次数由第五算式计算得到，其中，所述第五算式为：

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第k+1控制周期第i个h桥子模块的电容电压预测值由第六算式计算得到，其中，所述第六算式为：

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第k控制周期第i个h桥子模块流入h桥的电流由第七算式计算得到，其中，所述第七算式为：

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第k+1控制周期共模电压的预测值由第八算式计算得到，其中，所述第八算式为：

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第k+1控制周期共模电压的参考值基于第九算式计算得到，其中，所述第九算式为：

技术总结
本公开提出一种单相级联H桥光伏逆变系统的模型预测控制方法，应用于单相级联H桥光伏逆变系统，单相级联H桥光伏逆变系统由n个串联连接的H桥子模块、2个交流电抗器及电网构成，该方法包括：构建与第k+1控制周期对应的损耗函数，确定单相级联H桥光伏逆变系统的多个候选开关状态，确定每个候选开关状态对应的损耗函数的取值，确定多个取值中的最小值，并将最小值对应的候选开关状态作为第k+1控制周期对应的开关状态进行使用，由此，能够基于模型预测控制挑选开关状态的方法替代载波调制，控制效果好，控制结构简单，可同时实现并网电流跟踪、各子模块光伏组件独立最大功率追踪、共模电压高频成分抑制以及开关频率降低四个控制目标。

技术研发人员：魏新伟,张治,花秀峰,付勋波,宋泽
受保护的技术使用者：国核电力规划设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17