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🔥 内容介绍 

一、引言

随着对可再生能源需求的不断增长，太阳能光伏发电成为重要的绿色能源获取方式。DC - AC 变换器在光伏供电系统中起着关键作用，它将光伏电池产生的直流电转换为交流电，以便接入电网或为交流负载供电。传统的 DC - AC 变换器控制方法在应对光伏电源的间歇性和波动性时存在一定局限性。模型预测控制（MPC）凭借其对系统动态特性的准确预测和多目标优化能力，为 DC - AC 变换器的控制提供了新的思路，有助于提高光伏供电系统的稳定性和效率。

二、光伏供电系统与 DC - AC 变换器概述

（一）光伏供电系统结构

光伏供电系统主要由光伏阵列、DC - AC 变换器、滤波器、负载以及控制系统组成。光伏阵列将太阳能转化为直流电，DC - AC 变换器将直流电转换为交流电，滤波器用于滤除高频谐波，负载消耗电能，控制系统则负责对整个系统进行监测与控制，确保其稳定运行。

（二）DC - AC 变换器工作原理

DC - AC 变换器通常采用逆变电路实现直流到交流的转换。常见的拓扑结构有单相全桥逆变电路、三相全桥逆变电路等。以单相全桥逆变电路为例，它由四个功率开关管组成，通过控制这些开关管的导通与关断顺序和时间，将直流电转换为交流电。在一个周期内，通过交替导通对角线上的两个开关管，在负载两端产生交变电压。

三、模型预测控制（MPC）原理

（一）基本概念

模型预测控制基于被控对象的模型，通过预测系统未来的输出，并根据设定的目标函数计算出最优控制序列，将序列中的第一个控制量作用于系统。在每个采样时刻，重复上述过程，不断滚动优化，以适应系统的动态变化。

（二）预测模型

对于 DC - AC 变换器，需要建立其数学模型来预测系统的未来状态。以单相全桥逆变电路为例，假设忽略功率开关管的导通压降和线路电阻，根据基尔霍夫电压定律，可得其在 abc 坐标系下的动态方程：

四、基于 MPC 的 DC - AC 变换器设计

（一）控制系统架构

基于 MPC 的 DC - AC 变换器控制系统主要包括数据采集模块、预测模型模块、目标函数计算模块和最优控制量求解模块。数据采集模块实时采集光伏阵列输出电压、电流，DC - AC 变换器输出电压、电流等信号；预测模型模块根据采集的数据和建立的系统模型预测未来时刻的系统状态；目标函数计算模块依据预测结果和参考值计算目标函数值；最优控制量求解模块通过优化算法寻找使目标函数最小的控制量，即功率开关管的导通与关断信号，从而实现对 DC - AC 变换器的控制。

（二）预测模型实现

根据前面建立的 DC - AC 变换器数学模型，在每个采样时刻，利用当前时刻的系统状态（如电压、电流）和输入控制量（功率开关管状态），通过迭代计算预测未来 Np 个时刻的系统输出（如输出电压、电流）。在实际实现中，可以采用离散化的方法将连续时间模型转换为离散时间模型，便于数字控制器的处理。例如，使用欧拉法对连续时间模型进行离散化：

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1]郑雪生,李春文,戎袁杰.DC/AC变换器的混杂系统建模及预测控制[J].电工技术学报, 2009, 024(007):87-92.DOI:10.3321/j.issn:1000-6753.2009.07.016.

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