本发明属于电力电子，具体涉及一种单相光伏逆变器的模型预测系统、方法、介质及设备。

　　1、传统的两电平逆变器具有结构简单、成本低廉、技术成熟的优点，但输出只有正负两个电平，谐波含量高，电能质量偏低，而对于在光伏发电系统的高压大功率场合下，多电平逆变器更具优势，其具有电压应力小、开关频率低、谐波性能好的特点。对于三电平逆变器已有大量研究，且为了适应更高电压和更大功率的要求，五电平逆变器无疑是更好的选择。然而增加的电平数所带来的开关器件数量多、控制策略复杂等是不容忽视的问题。

　　2、目前，针对多电平逆变器的控制方法主要有线性控制和模型预测控制(mpc)。模型预测控制因其动态响应快、鲁棒性高等优点被广泛用于高阶多电平逆变器。其中，有限控制集模型预测控制(fcs-mpc)直接利用逆变器的离散特性，寻找最优控制效果的开关状态，无需调制环节，可以对多个目标进行控制，并使得动态响应时间加快。然而随着电平数的增多，fcs-mpc的计算量成指数增加，有学者提出对电压矢量进行扇区划分，降低了计算负担，但却导致逆变器的性能有所下降。

　　3、专利公开号为cn110048629a，名称为一种单输入开关电容多电平逆变器及其调制方法的专利申请，提供一种单输入开关电容多电平逆变器及其调制方法，通过开关器件控制电容的工作状态，实现电能的变换与传输，具有体积小、效率高、功率密度大等优点；逆变器基于开关电容结构的串并联转换，能够以较少的功率器件产生更多的输出电平，简化了拓扑结构，降低了输出谐波含量。该专利申请虽然能够对逆变器进行控制，但该专利申请不能解决总谐波失真和电流稳态误差问题，无法使功率开关管处于最优开关状态。

　　1、为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种单相光伏逆变器的模型预测系统、方法、介质及设备，通过选择一对电压矢量来确定最优向量序列，进而使总谐波失真和电流稳态误差更低；能够使用一个权重系数同时平衡飞跨电容电压和中性点电压；选取最优开关状态以控制功率开关管的通断。

　　3、一种单相光伏逆变器模型预测系统，包括：单相五电平逆变器，所述单相五电平逆变器包括：光伏电池，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，第六功率开关管s6，第七功率开关管s7，第八功率开关管s8，输入电容c1、c2，飞跨电容cfc，滤波电感l和输出电阻负载r；

　　4、所述第一功率开关管s1的漏极与输入电容c1的一端、光伏电池的正极相连接；所述的第二功率开关管s2的漏极与第一功率开关管s1的源极、第五功率开关管s5的漏极相连接；所述的第三功率开关管s3的漏极与第二功率开关管s2的源极、输入电容c1的另一端和输入电容c2的一端相连接并接地；所述的第四功率开关管s4的漏极与第三功率开关管s3的源极、第八功率开关管s8的源极相连接；第四功率开关管s4的源极与输入电容c2的另一端、光伏电池的负极相连接；所述的第六功率开关管s6的集电极与第五功率开关管s5的源极、飞跨电容cfc的一端相连接；所述第七功率开关管s7的集电极与第六开关管s6的发射极、滤波电感的一端相连接；所述第七功率开关管s7的发射极与第八功率开关管s8的漏极、飞跨电容cfc的另一端相连接。

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　　5、可选的，所述单相五电平逆变器采用有源中性点箝位型逆变器，所述开关管为sicmosfet开关管与si igbt开关管，每个开关管均反并联一个肖基特二极管。

　　7、步骤一：采样k时刻输出电流及电容电压，计算输出电压得出预测电流，通过参考电流计算出参考电压，选择一对电压向量vx和vy来确定产生相同电压矢量的冗余状态并选出最优开关状态；

　　8、步骤二：计算预测电流和预测飞跨电容电压，得出成本函数，求出所述电压向量vx和vy的最优持续时间；

　　9、步骤三：选择能使总谐波失真和输出电流的平均绝对误差最小的电压向量序列。

　　16、其中，vo为输出电压，io为输出电流；l为滤波器电感；r为输出电阻负载；vc1为电容c1的电压，vc2为c2的电压；k为当前采样时刻，(k+1)为下一采样时刻；ts为采样周期；为参考电压，为参考电流。

　　24、其中，n为每个电平的最大冗余状态数；kn为定位可用的冗余状态的参数

　　25、定义一个变量j，用于在两个相同输出电平间进行选择最优开关状态，表达式为：

　　27、其中，δvf为飞跨电容的偏移量，通过判断j的正负确定最优开关状态。

　　30、其中，为参考电流，(k+1)为下一采样时刻，io为输出电流，λ为权重系数，为参考飞跨电容电压，vfc为飞跨电容电压。

　　31、可选的，步骤二中，求出所述电压向量vx和vy的最优持续时间的具体步骤如下：

　　39、其中，io为输出电流，(k+1)为下一采样时刻，(k)为采样时刻，为电压向量vx的电流变化率，为电压向量vy的电流变化率；tx为电压向量vx的最优持续时间，ty为电压向量vy的最优持续时间；

　　40、对成本函数求偏导数，并与k+1时刻的输出电流、k+1时刻的飞跨电容电压的计算公式联立，得电压向量vx和vy的最优持续时间。

　　42、计算总谐波失真和输出电流的平均绝对误差，选择使其最小的电压向量序列，选择使最小的电压向量序列。

　　43、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种单相光伏逆变器模型预测系统的预测方法的步骤。

　　44、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种单相光伏逆变器模型预测系统的预测方法的步骤。

　　46、本发明的一种单相光伏逆变器的模型预测系统及方法，采用的逆变器能够适用于更大功率和更高电压的场合，能够长时间稳定运行转换效率更高，开关器件应力小、电容数量少、结构简单，适用于光伏系统。为了得到预测值，对k时刻输出电流及电容电压进行采样，选择一对电压向量并从冗余状态中确定最优开关状态。其次，计算预测电流和预测飞跨电容电压，得出成本函数，求出vx和vy的最优持续时间。最后，计算总谐波失真和输出电流的平均绝对误差，选择使其最小的电压向量序列。该方法通过控制飞跨电容参考电压的大小来平衡中性点电压，消去了在成本函数的构建中对中性点电压的控制，并且在成本函数中仅通过一个权重系数实现了控制多个控制目标，降低了控制的复杂性和计算负担。

　　47、本发明通过应用一对电压向量来确定最优向量序列，进而使总谐波失真和电流稳态误差更低；si igbt的开关损耗较高，sic mosfet的价格昂贵，所以本发明提出的逆变器将si igbt与sic mosfet混合使用，使逆变器既能在更高的开关频率下工作，又提高了其工作效率与功率密度，显著降低系统成本，具有重要的工程应用价值。