[發明專利]一種基于無源部件磁特性的余量預測控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010587782.9
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111737872B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 張禎濱;邢千里;李昱;李真;董政;高峰;張品佳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發明屬于磁特性余量預測控制領域，尤其涉及一種基于無源部件磁特性的余量預測控制方法及系統。其中，基于無源部件磁特性的余量預測控制方法包括基于無源部件磁元件的物理特性，構建變換器的拓撲電路；獲取變換器的負載電流、電容電壓、開關頻率和無源部件安全余量并作為預設代價函數的控制變量；通過電磁學原理將磁元件工作在安全區域的磁約束條件映射到變換器拓撲電路的電流參數中，求取最小化代價函數對應的電壓矢量狀態并作為未來時刻最優電壓矢量狀態；根據未來時刻最優電壓矢量狀態，計算未來一段時間內流過無源部件的電流變化軌跡，再通過與預設電流閾值比較，預測出無源部件的設計余量。

技術領域

本發明屬于磁特性余量預測控制領域，尤其涉及一種基于無源部件磁特性的余量預測控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

隨著新能源汽車的快速發展和現代電網的智能化水平不斷提高，裝置的可靠性對電力電子系統模塊化、集成化提出更高的要求，設備的小型化、輕量化已成為制約其進一步發展的瓶頸。無源部件通常采用粉芯類和氣隙鐵氧體等磁芯材料。受限于鐵磁材料的磁化特性曲線，鐵磁材料的暫態過電流會造成磁過飽和與磁導率下降，并迫使電感下降導致器件發生過熱過流損壞。在設計時通常需留出較大安全余量以防止暫態過流。因此研究無源部件的余量控制策略對于電力電子系統的設計有深遠意義。

現有的無源部件余量控制方法主要是基于遺傳算法的多目標參數優化。發明人發現，該方法還存在如下不足之處：(1)遺傳算法的早熟現象導致系統尋優能力不強，優化量過早陷入局部最優而尋不到全局最優。在遺傳算法中引入混沌算子可緩解早熟現象，但需處理重復個體，大大增加計算量，收斂速度難以滿足要求；(2)算法涉及交叉率和變異率等許多參數，并且這些參數的選擇直接關系到解的品質,但目前這些參數主要依靠經驗進行選擇；(3)算法控制目標僅涉及設計參數，對運行時的狀況無法動態約束。這些限制導致電路設計完成后在實際運行使結果中達不到最優。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的第一個方面提供一種基于無源部件磁特性的余量預測控制方法，其可以預測并控制未來時刻通過無源部件的電流值，在無源部件電流到達警戒值的安全時間長度之前對電路施加保護，從而將無源部件嚴格約束在安全工作區內，實現器件的保護。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于無源部件磁特性的余量預測控制方法，包括：

基于無源部件磁元件的物理特性，構建變換器的拓撲電路；

獲取變換器的負載電流、電容電壓、開關頻率和無源部件安全余量并作為預設代價函數的控制變量；

通過電磁學原理將磁元件工作在安全區域的磁約束條件映射到變換器拓撲電路的電流參數中，求取最小化代價函數對應的電壓矢量狀態并作為未來時刻最優電壓矢量狀態；

根據未來時刻最優電壓矢量狀態，計算未來一段時間內流過無源部件的電流變化軌跡，再通過與預設電流閾值比較，預測出無源部件的設計余量。

為了解決上述問題，本發明的第二個方面提供一種基于無源部件磁特性的余量預測控制系統，其可以預測并控制未來時刻通過無源部件的電流值，在無源部件電流到達警戒值的安全時間長度之前對電路施加保護，從而將無源部件嚴格約束在安全工作區內，實現器件的保護。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于無源部件磁特性的余量預測控制系統，包括：

拓撲電路構建模塊，其用于基于無源部件磁元件的物理特性，構建變換器的拓撲電路；

控制變量獲取模塊，其用于獲取負載電流、電容電壓、開關頻率和無源部件安全余量并作為預設代價函數的控制變量；