CN105897029A - 一种模型直接功率预测控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模型直接功率预测控制方法、装置及系统，属于光伏发电变流控制技术领域，该方法包括：获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系；计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值；计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。本发明能对逆变器有功功率和无功功率灵活控制，且具有很好的静、动态性能，能够有效地抑制单相光伏并网逆变器的共模电流。

Description

一种模型直接功率预测控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及光伏发电变流控制技术领域，具体涉及一种模型直接功率预测控制方法、装置及系统。

背景技术

近年来，太阳能、风能、生物能等可再生能源越来越得到各国政府的重视以及迅速发展。而太阳能作为是一种非常有潜力的可再生能源，近年来得到广泛的应用。

光伏并网逆变器作为分布式发电系统与电网连接的桥梁，是分布式发电系统的核心。光伏并网逆变器的性能直接影响整个分布式发电系统的性能。对于单相光伏并网逆变器的控制，目前主要有静止坐标系下的准谐振控制、旋转坐标系下的比例积分控制、重复控制、无差拍控制、滑模变结构控制等。模型预测控制(model predictive control，MPC)是一种根据控制对象模型来预测其未来响应的控制算法。MPC算法中包含状态预测模型和根据控制目标进行定义的目标函数。MPC充分利用电力电子变换器的离散化特点，充分考虑到电力电子变换器的有限种开关状态(变换器具有特定种类的开关组合)。MPC根据目标函数对每一种行为(开关组合)进行在线评估，选择能满足目标函数最小的开关组合来实现对电力电子变换器的控制。模型预测控制算法在每个采样周期预测得到最有效的电压矢量，并作为下个采样周期的作用矢量。随着微处理器计算速度的大幅提升，模型预测控 制策略在电力电子的应用中体现出巨大的潜力并得到了广泛的应用。模型预测控制在三相逆变器、三相交流电机、矩阵式变换器等方面广泛应用并取得很好的效果。

直接功率控制则类似于交流电机的直接转矩控制，直接控制逆变器输出的有功功率和无功功率，近年来在三相逆变器、三相交流电机等得到了广泛的应用。

单块太阳能电池板输出电压低，所以一般需要多块太阳能电池板进行串、并联来组成光伏阵列。然而，光伏阵列占地面积较大，在潮湿的环境下光伏阵列对地寄生电容较大。光伏逆变器输出高频变化的电压在寄生电容上产生共模电流(漏电流)。这种高频变化的共模电流对人身安全和设备都产生很大的影响。因此，中国、欧盟等国家对光伏并网逆变压器的共模电流大小制定了严格的标准，要求光伏并网逆变器输出共模电流小于一定值。

但是，目前没有一种有效的方法来实现抑制光伏并网逆变器的共模电流。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术无法有效抑制光伏并网逆变器的共模电流。

为此，本发明实施例的一种模型直接功率预测控制方法，包括如下步骤：

获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系，所述开关状态组合表示单相光伏并网逆变器的功 率开关管的开/合状态的组合；

计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值，g(k+1)＝｜P_ref(k+1)-P(k+1)｜+λ_Q｜Q_ref(k+1)-Q(k+1)｜+λ_cm｜u_cm-V_dc/2｜，其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数，V_dc为直流母线电压，P(k+1)和Q(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率，P_ref(k+1)和Q_ref(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定和无功功率的给定；

计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；

获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。

优选地，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)的计算公式为：

其中，

e_g(k)、uout(k)和i_g(k)分别为k时刻电网电压、单相光伏并网逆变器的输出电压和输出电流，U_m为电网电压的峰值，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，Z(x_β(s))为SOGI在s域的传递函数x_β(s)离散化，T_s为 采样周期。

优选地，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定P_ref(k+1)由k时刻有功功率的给定P_ref(k)、k-1时刻有功功率的给定P_ref(k-1)和k-2时刻有功功率的给定P_ref(k-2)通过线性插值获得；

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的无功功率的给定Q_ref(k+1)由k时刻无功功率的给定Q_ref(k)、k-1时刻无功功率的给定Q_ref(k-1)和k-2时刻无功功率的给定Q_ref(k-2)通过线性插值获得。

本发明实施例的一种模型直接功率预测控制装置，包括：

获取单元，用于获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系，所述开关状态组合表示单相光伏并网逆变器的功率开关管的开/合状态的组合；

第一计算单元，用于计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值，

g(k+1)＝|P_ref(k+1)-P(k+1)|+λ_Q|Q_ref(k+1)-Q(k+1)|+λ_cm｜u_cm-V_dc/2｜，其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数，V_dc为直流母线电压，P(k+1)和Q(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率，P_ref(k+1)和Q_ref(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定和无功功率的给定；

第二计算单元，用于计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；

预测控制获得单元，用于获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。

优选地，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)的计算公式为：

其中，

e_g(k)、u_out(k)和i_g(k)分别为k时刻电网电压、单相光伏并网逆变器的输出电压和输出电流，U_m为电网电压的峰值，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，Z(x_β(s))为SOGI在s域的传递函数x_β(s)离散化，T_s为采样周期。

优选地，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定P_ref(k+1)由k时刻有功功率的给定P_ref(k)、k-1时刻有功功率的给定P_ref(k-1)和k-2时刻有功功率的给定P_ref(k-2)通过线性插值获得；

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的无功功率的给定Q_ref(k+1)由k时刻无功功率的给定Q_ref(k)、k-1时刻无功功率的给定Q_ref(k-1)和k-2时刻无功功率的给定Q_ref(k-2)通过线性插值获得。

本发明实施例的一种模型直接功率预测控制系统，包括光伏阵列、单相光伏并网逆变器、LC滤波器、电网和上述的模型直接功率预测控制装置；

光伏阵列、单相光伏并网逆变器、LC滤波器和电网顺次连接，模型直接功率预测控制装置分别与单相光伏并网逆变器和电网连接。

优选地，所述单相光伏并网逆变器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管和第六功率开关管；

所述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管组成H桥；

所述第五功率开关管和第六功率开关管组成交流旁路开关。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的模型直接功率预测控制方法、装置及系统，通过定义关于单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的模型直接功率预测控制的目标函数，可根据有限的开关状态组合进行最小目标函数值的预测，结合了模型预测控制和直接功率控制的优点，实现单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的灵活控制，并且系统具有很好的静、动态性能，能够有效地抑制单相光伏并网逆变器的共模电流，实现单相光伏并网逆变器低共模电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中模型直接功率预测控制方法的一个具体示例的流程图；

图2为单相光伏并网逆变器发电系统的结构示意图；

图3为本发明实施例2中模型直接功率预测控制装置的一个具体示例的原理框图；

图4为本发明实施例3中模型直接功率预测控制系统的一个具体示例的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种模型直接功率预测控制方法，可以用于单相光伏并网逆变器发电系统，如图1所示，该方法包括如下步骤：

S1、获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系，开关状态组合表示单相光伏并网逆变器的功率开关管的开/合状态的组合；

S2、计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值，

g(k+1)＝｜P_ref(k+1)-P(k+1)｜+λ_Q｜Q_ref(k+1)-Q(k+1)｜+λ_cm｜u_cm-V_dc/2|，其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数，V_dc为直流母线电压，P(k+1)和Q(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率，P_ref(k+1)和Q_ref(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定和无功功率的给定；

S3、计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；

S4、获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。

上述模型直接功率预测控制方法，通过定义关于单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的模型直接功率预测控制的目标函数，可根据有限的开关状态组合进行最小目标函数值的预测，结合了模型预测控制和直接功率控制的优点，实现单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的灵活控制，并且系统具有很好的静、动态性能，能够有效地抑制单相光伏并网逆变器的共模电流，实现单相光伏并网逆变器低共模电流。

优选地，k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)的计算公式为：

其中，

e_g(k)、u_out(k)和i_g(k)分别为k时刻电网电压、单相光伏并网逆变器的输出电压和输出电流，U_m为电网电压的峰值，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，Z(x_β(s))为SOGI(Second-order generalized integrator，双阶广义积分)在s域的传递函数x_β(s)离散化，T_s为采样周期。

优选地，k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定P_ref(k+1)由k时刻有功功率的给定P_ref(k)、k-1时刻有功功率的给定P_ref(k-1)和k-2时刻有功功率的给定P_ref(k-2)通过线性插值获得；

k+1时刻单相光伏并网逆变器的无功功率的给定Q_ref(k+1)由k时刻无功功率的给定Q_ref(k)、k-1时刻无功功率的给定Q_ref(k-1)和k-2时刻无功功率的给定Q_ref(k-2)通过线性插值获得。

下面以一种具体的单相光伏并网逆变器发电系统为例进行详细说明，如图2所示，该发电系统由光伏阵列、低共模电流单相光伏并网逆变器、LC滤波器、电网等构成。单相光伏并网逆变器由H桥(由功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3和功率开关管S4组成)和交流旁路开关(由功率开关管S5和功率开关管S6组成)。光伏阵列提供系统的输入功率，单相光伏并网逆变器实现发电系统有功功率和无功功率的控制。其中u_out为单相光伏并网逆变器输出电压，i_g为单相光伏并网逆变器输出电流，e_g为电网电压，C_cm为光伏阵列对地等效电容，i_cm为单相光伏并网逆变器共模电流(漏电流)，L为滤波电感，C为滤波电容。

根据图2，单相光伏并网逆变器输出电压为：

其中，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，u_AN为A、N点之间的电压，u_BN为B、N点之间的电压。

电网电压和单相光伏并网逆变器输出电流可表示为：

其中，U_m和I_m分别为电网电压和单相光伏并网逆变器输出电流的峰值，ω为电网电压的角频率，为功率因数角度，I_mi为输出电流第i次谐波的峰值，为输出电流第i次谐波的功率因数角度，逆变器输电电流的第二项代表电流的谐波。

忽略逆变器输出电流的谐波，单相光伏并网逆变器输出有功功率P和无功功率Q可表示为：

为了瞬时有功功率和无功功率计算的方便和简单，三相功率变换系统的有功功率和无功功率的计算通常转化以两相静止αβ坐标系或两相旋转dq坐标系。对于单相光伏并网逆变器，需要构造一个虚拟的两相系统。双阶广义积分(Second-order generalized integrator,SOGI)是一种先进的正交信号产生技术，在分布式发电技术应用广泛。在本系统中，该方法被采用。SOGI在s-域的传递函数可表示为：

其中，k为SOGI的阻尼因子。优选地，k可以取值为k＝0.5。

结合式(2)和式(4)，虚拟的电网电压的基波分量和逆变器输出电流的基波分量可表示为：

其中，e_{g β}为电网电压的虚拟β分量；i_{g β}为逆变器输出电流虚拟β分量。

由此可得，

结合式(3)、式(5)和式(6)可得逆变器输出的有功功率和无功功率可表示为：

假定采样周期T_s为比较小，通过前向欧拉公式将式(1)离散化可得：

则在k+1时刻单相光伏并网逆变器预测电流为：

结合式(4)和式(9)可得在k+1时刻单相光伏并网逆变器预测电流β分量为：

i_{g β}(k+1)＝i_{g α}(k+1)Z(x_β(s)) (10)

其中，Z(x_β(s))是传递函数x_β(s)离散化。

在(k+1)时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率可表示为：

由于PWM周期比电网电压周期小很多，电网电压在(k)时刻和(k+1)时刻基本保持不变，可认为：

其中，在(k+1)时刻单相光伏并网逆变器有功功率给定P_ref(k+1)和无功功率的给定Q_ref(k+1)可由(k)时刻的给定有功功率P_ref(k)和无功功率Q_ref(k)、(k-1)时刻的给定有功功率P_ref(k-1)和无功功率Q_ref(k-1)、(k-2)时刻的给定有功功率P_ref(k-2)和无功功率Q_ref(k-2)通过线性插值可得：

单相光伏并网逆变器输出的共模电压u_cm为：

为实现单相光伏并网逆变器低共模电流，共模电压u_cm需维持恒定值。

单相光伏并网逆变器输出电压u_out可根据逆变器功率开关管输出值(取值为0或1)和直流母线电压可得：

u_out＝(S₁S₄-S₂S₃)V_dc (15)

根据式(2)和式(3)，单相光伏并网逆变器输出电压、共模电压与开关状态组合的关系如下表所示。

为实现单相光伏并网逆变器有功功率、无功功率、共模电模(漏电流)的有效控制，模型直接功率预测控制的目标函数定义为：

g(k+1)＝|P_ref(k+1)-P(k+1)｜+λ_Q｜Q_ref(k+1)-Q(k+1)|+λ_cm|u_cm-V_dc/2| (16)

其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数。优选地，λ_Q＝0.5，λ_cm＝10。

根据上表中的开关状态组合，在4组开关状态组合中哪一个开关状态组合使模型直接功率预测控制的目标函数最小，则这一个开关状态组合将在下一个PWM周期使用，实现单相光伏并网逆变器低共模电流。

实施例2

对应于实施例1，本实施例提供一种模型直接功率预测控制装置，如图3所示，包括：

获取单元1，用于获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系，开关状态组合表示单相光伏并网逆变器的功率开关管的开/合状态的组合；

第一计算单元2，用于计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值，

g(k+1)＝|P_ref(k+1)-P(k+1)|+λ_Q|Q_ref(k+1)-Q(k+1)|+λ_cm｜u_cm-V_dc/2|，其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数，V_dc为直流母线电压，P(k+1)和Q(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率，P_ref(k+1)和Q_ref(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定和无功功率的给定；

第二计算单元3，用于计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；

预测控制获得单元4，用于获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。

上述模型直接功率预测控制装置，通过定义关于单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的模型直接功率预测控制的目标函数，可根据有限的开关状态组合进行最小目标函数值的预测，结合了模型预测控制和直接功率控制的优点，实现单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的灵活控制，并且系统具有很好的静、动态性能，能够有效地抑制单相光伏并网逆变器的共模电流，实现单相光伏并网逆变器低共模电流。

优选地，k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)的计算公式为：

其中，

e_g(k)、u_out(k)和i_g(k)分别为k时刻电网电压、单相光伏并网逆变器的输出电压和输出电流，U_m为电网电压的峰值，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，Z(x_β(s))为SOGI在s域的传递函数x_β(s)离散化，T_s为采样周期。

优选地，k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定P_ref(k+1)由k时刻有功功率的给定P_ref(k)、k-1时刻有功功率的给定P_ref(k-1)和k-2时刻有 功功率的给定P_ref(k-2)通过线性插值获得；

k+1时刻单相光伏并网逆变器的无功功率的给定Q_ref(k+1)由k时刻无功功率的给定Q_ref(k)、k-1时刻无功功率的给定Q_ref(k-1)和k-2时刻无功功率的给定Q_ref(k-2)通过线性插值获得。

实施例3

本实施例提供一种模型直接功率预测控制系统，如图4所示，包括光伏阵列10、单相光伏并网逆变器20、LC滤波器30、电网40和实施例2的模型直接功率预测控制装置50；

光伏阵列10、单相光伏并网逆变器20、LC滤波器30和电网40顺次连接，模型直接功率预测控制装置50分别与单相光伏并网逆变器20和电网40连接。

上述模型直接功率预测控制系统，通过定义关于单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的模型直接功率预测控制的目标函数，可根据有限的开关状态组合进行最小目标函数值的预测，结合了模型预测控制和直接功率控制的优点，实现单相光伏并网逆变器有功功率和无功功率的灵活控制，并且系统具有很好的静、动态性能，能够有效地抑制单相光伏并网逆变器的共模电流，实现单相光伏并网逆变器低共模电流。

优选地，如图4所示，单相光伏并网逆变器包括第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5和第六功率开关管S6；

第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4组成H桥；

第五功率开关管S5和第六功率开关管S6组成交流旁路开关。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种模型直接功率预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系，所述开关状态组合表示单相光伏并网逆变器的功率开关管的开/合状态的组合；

计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值，g(k+1)＝|P_ref(k+1)-P(k+1)|+λ_Q|Q_ref(k+1)-Q(k+1)|+λ_cm|u_cm-V_dc/2|，其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数，V_dc为直流母线电压，P(k+1)和Q(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率，P_ref(k+1)和Q_ref(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定和无功功率的给定；

计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；

获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}P(k+1)=\frac{e_{g\mathrm{\α}}(k+1)i_{g\mathrm{\α}}(k+1)+e_{g\mathrm{\β}}(k+1)i_{g\mathrm{\β}}(k+1)}{2}\\ Q(k+1)=\frac{e_{g\mathrm{\β}}(k+1)i_{g\mathrm{\α}}(k+1)-e_{g\mathrm{\α}}(k+1)i_{g\mathrm{\β}}(k+1)}{2}\end{array}\right.$

其中，

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{g\mathrm{\α}}(k+1)=i_g(k+1)=\frac{T_s}{L}\[u_{out}\left(k\right)-e_g\left(k\right)-R{i}_g\left(k\right)\]+i_g\left(k\right)\\ i_{g\mathrm{\β}}(k+1)=i_{g\mathrm{\α}}(k+1)Z\left(x_{\mathrm{\β}}\left(s\right)\right)\end{array}\right.$

e_g(k)、u_out(k)和i_g(k)分别为k时刻电网电压、单相光伏并网逆变器的输出电压和输出电流，U_m为电网电压的峰值，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，Z(x_β(s))为SOGI在s域的传递函数x_β(s)离散化，T_s为采样周期。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定P_ref(k+1)由k时刻有功功率的给定P_ref(k)、k-1时刻有功功率的给定P_ref(k-1)和k-2时刻有功功率的给定P_ref(k-2)通过线性插值获得；

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的无功功率的给定Q_ref(k+1)由k时刻无功功率的给定Q_ref(k)、k-1时刻无功功率的给定Q_ref(k-1)和k-2时刻无功功率的给定Q_ref(k-2)通过线性插值获得。

4.一种模型直接功率预测控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取单相光伏并网逆变器的输出电压u_out、共模电压u_cm和每一组开关状态组合之间的对应关系，所述开关状态组合表示单相光伏并网逆变器的功率开关管的开/合状态的组合；

第一计算单元，用于计算每一组开关状态组合所对应的模型直接功率预测控制的目标函数g(k+1)的值，

g(k+1)＝|P_ref(k+1)-P(k+1)|+λ_Q|Q_ref(k+1)-Q(k+1)|+λ_cm|u_cm-V_dc/2|，其中，λ_Q为无功功率权重系数，λ_cm为共模电压权重系数，V_dc为直流母线电压，P(k+1)和Q(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率和无功功率，P_ref(k+1)和Q_ref(k+1)分别为k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定和无功功率的给定；

第二计算单元，用于计算目标函数g(k+1)的值中的最小值g_op(k+1)；

预测控制获得单元，用于获得最小值g_op(k+1)所对应的开关状态组合，实现对单相光伏并网逆变器的低共模电流模型直接功率预测控制。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率P(k+1)和无功功率Q(k+1)的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}P(k+1)=\frac{e_{g\mathrm{\α}}(k+1)i_{g\mathrm{\α}}(k+1)+e_{g\mathrm{\β}}(k+1)i_{g\mathrm{\β}}(k+1)}{2}\\ Q(k+1)=\frac{e_{g\mathrm{\β}}(k+1)i_{g\mathrm{\α}}(k+1)-e_{g\mathrm{\α}}(k+1)i_{g\mathrm{\β}}(k+1)}{2}\end{array}\right.$

其中，

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{g\mathrm{\α}}(k+1)=i_g(k+1)=\frac{T_s}{L}\[u_{out}\left(k\right)-e_g\left(k\right)-R{i}_g\left(k\right)\]+i_g\left(k\right)\\ i_{g\mathrm{\β}}(k+1)=i_{g\mathrm{\α}}(k+1)Z\left(x_{\mathrm{\β}}\left(s\right)\right)\end{array}\right.$

e_g(k)、u_out(k)和i_g(k)分别为k时刻电网电压、单相光伏并网逆变器的输出电压和输出电流，U_m为电网电压的峰值，R为单相光伏并网逆变器输出与电网之间总电阻，Z(x_β(s))为SOGI在s域的传递函数x_β(s)离散化，T_s为采样周期。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的有功功率的给定P_ref(k+1)由k时刻有功功率的给定P_ref(k)、k-1时刻有功功率的给定P_ref(k-1)和k-2时刻有功功率的给定P_ref(k-2)通过线性插值获得；

所述k+1时刻单相光伏并网逆变器的无功功率的给定Q_ref(k+1)由k时刻无功功率的给定Q_ref(k)、k-1时刻无功功率的给定Q_ref(k-1)和k-2时刻无功功率的给定Q_ref(k-2)通过线性插值获得。

7.一种模型直接功率预测控制系统，其特征在于，包括光伏阵列、单相光伏并网逆变器、LC滤波器、电网和如权利要求4-6任一项所述的模型直接功率预测控制装置；

光伏阵列、单相光伏并网逆变器、LC滤波器和电网顺次连接，模型直接功率预测控制装置分别与单相光伏并网逆变器和电网连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述单相光伏并网逆变器包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)和第六功率开关管(S6)；

所述第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)和第四功率开关管(S4)组成H桥；

所述第五功率开关管(S5)和第六功率开关管(S6)组成交流旁路开关。