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一种消除电感电流纹波对输出电流负面影响的准Z源逆变器新型模型预测控制方法
A Novel Model Predictive Control for Quasi Z-Source Inverter to Eliminate Negative Influence of Inductor Current Ripple on Output Current
| 作者 | Shejuan Qiao · Jin Huang · Yuhao Xu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | 模型预测控制MPC |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 无差拍控制 准Z源逆变器 电感电流 输出电流 模型预测控制 |
语言:
中文摘要
无差拍控制继承了模型预测控制(MPC)的高控制精度和快速动态响应特性。在许多文献中,采用无差拍控制的准 Z 源逆变器(qZSI)的直流侧电流被视为与交流侧电流无关的变量。本文通过对准 Z 源逆变器的输出功率和电感电流误差进行分析,得出了关于准 Z 源逆变器直流侧电流与交流侧电流关系的完全相反的结论。探究了准 Z 源逆变器的电感电流影响输出电流控制精度的机制。结论表明,电感电流平均值的控制误差会导致输出电流幅值出现偏差。为提高电感电流和输出电流的控制精度,本文为准 Z 源逆变器提出了一种新型模型预测控制方法。基于面积法和误差对称原理,可使一个控制周期内电感电流的平均值等于其参考值。因此,输入功率与输出功率的完全匹配能够确保输出电流很好地跟踪其参考值。实验结果证实了所提方法在改善稳态性能方面的有效性。
English Abstract
The dead-beat control inherits the high control precision and the fast dynamic response of model predictive control (MPC). In many literatures, the dc-side current of the quasi Z-source inverter (qZSI) using the dead-beat control is regarded as an irrelevant variable to the ac-side current. In this article, a completely opposite conclusion about the relationship between the dc-side current and the ac-side current of the qZSI is given through the analysis of the output power and the inductor current error of the qZSI. The mechanism of how the inductor current of the qZSI affects the control accuracy of the output current is explored. The conclusion indicates that the control error in the average value of the inductor current leads to a deviation in the amplitude of the output current. To improve the control accuracy of the inductor current and the output current, a novel MPC is proposed for the qZSI. Based on the area method and the error symmetry principle, the average value of the inductor current in one control cycle can be equal to its reference value. Therefore, a complete match between the input power and the output power can ensure that the output current follows its reference very well. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed method in improving the steady-state performance.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对准Z源逆变器(qZSI)的新型模型预测控制技术具有重要的应用价值。该研究突破了传统死区控制中将直流侧电流与交流侧电流视为独立变量的认知局限,通过严谨分析揭示了电感电流纹波对输出电流控制精度的直接影响机制,这一发现对提升逆变器性能具有理论指导意义。
对于阳光电源的光伏逆变器和储能变流器产品线,该技术的核心价值在于通过面积法和误差对称原理实现电感电流平均值的精确控制,从而确保输入功率与输出功率的完全匹配。这直接转化为更高的输出电流控制精度和更优的稳态性能,可有效降低谐波含量,提升系统效率,特别适用于对电能质量要求严苛的工商业储能和大型地面电站应用场景。
从技术成熟度评估,该方法基于成熟的模型预测控制框架,理论完整且已有实验验证,具备较好的工程化潜力。然而实际应用仍需关注几个关键挑战:一是控制算法的计算复杂度是否适配现有DSP/FPGA平台;二是在宽工况范围(如电网电压波动、温度变化)下的鲁棒性验证;三是与公司现有控制策略的兼容性和迁移成本。
建议阳光电源技术团队重点关注该技术在新一代组串式逆变器和储能PCS中的应用可行性研究,特别是结合SiC功率器件的高频开关特性,可能在提升功率密度和动态响应方面形成差异化竞争优势,进一步巩固公司在全球逆变器市场的技术领先地位。