[發明專利]用于直流微電網儲能雙向DC/DC變換器的控制方法

在審

• 申請號: 202210041762.0
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114362529A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張輝;張澤川;安亞偉;吳林昆;于璐;高思源
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02J1/14;H02J7/00
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

用于直流微電網儲能雙向DC/DC變換器的控制方法，具體為：首先，根據模型預測的思想引入到儲能雙向DC/DC變換器的控制中，通過分析儲能變換器在不同工作狀態下的等效電路模型，建立預測模型，基于尋找變換器最優工作狀態的目的建立尋優函數，引入反饋矯正環節，形成閉環有限控制集模型預測控制。減小甚至消除負載階躍給母線電壓帶來的沖擊，儲能變換器電感電流可以快速的跟蹤參考值，提高儲能裝置響應微電網能量需求的速度，在光伏擾動時亦可保證母線電壓的穩定。

技術領域

本發明屬于直流微電網儲能雙向DC/DC變換器控制技術領域，具體涉及用于雙向儲能DC/DC變換器的控制方法。

背景技術

從直流微電網的角度出發，其內部的可再生能源系統具有不確定性和隨機性，當外部環境因素發生改變時，對應的輸出能量亦隨之改變，進而威脅到直流微電網內部功率平衡，因此直流微電網需要儲能裝置平抑其功率波動，為其安全可靠運行提供保障。儲能裝置控制策略的性能優劣直接影響到了直流微電網的運行特性，這使得儲能裝置控制策略成為當前研究的重點與熱點之一。

目前直流微電網內儲能裝置控制策略的研究主要集中在比例積分(ProportionalIntegral,PI)控制的基礎之上。首先提出一種儲能系統自動充放電改進控制策略，儲能裝置根據直流母線電壓信號自動充放電。其次提出基于電壓下垂法的直流微電網混合儲能系統控制策略，自動協調蓄電池和超級電容出力。又提出帶超級電容的光伏微電網系統混合儲能控制策略，通過控制蓄電池響應低頻功率，超級電容響應高頻功率，抑制負載階躍對直流母線造成的沖擊。后將分段比例積分(PI)調節和滑?？刂迫诤?，形成儲能雙向DC/DC變換器智能控制策略，實現并聯雙向變換器的均流控制、能量快速傳遞控制和超級電容儲能裝置電壓的穩定控制。有學者提出一種直流微電網中雙向儲能變換器的2次紋波電流抑制與不均衡控制策略，通過帶通濾波器(BandPass Filter，BPF)在2倍基頻處引入虛擬阻抗，以改善對2次紋波電流的不均衡控制?；赑I控制的儲能變換器控制策略在直流微電網協調控制中有著積極的作用，但PI控制天然存在著些許不足：動態調節時間較長，魯棒性較差，控制器參數設計困難，現場大功率調試存風險等。

模型預測控制(Model Predictive Control，MPC)是一種非線性最優控制方法，具有控制效果好，魯棒性強的特點。近年來MPC方法在電力電子變換器控制領域獲得廣泛應用?，F在研究提出一種基于有限控制集模型預測的分布式最大功率跟蹤算法，以實現級聯光伏發電系統的能量最大化利用。再將基于有限控制集模型預測的最大功率跟蹤算法應用于光伏Z源并網逆變器的控制，減小網側電流諧波和環境因素引起的最大功率點附近的振蕩。后提出一種魯棒性有限控制集模型預測控制策略，將其用于具有故障穿越能力的光伏逆變器控制。再將有限控制集模型預測用在與交流電網連接的多端高壓直流網絡的控制，相比PI控制可提高調頻能力，減小直流網絡功率損耗。有學者，通過分析儲能變換器的不同工作狀態，建立預測控制模型，經滾動優化函數確定變換器的最優工作狀態。

文獻調研表明，以PI控制為基礎的儲能變換器控制策略是當前研究重點，儲能變換器有限控制集模型預測控制研究尚未展開。將有限控制集模型預測控制的思想引入儲能雙向DC/DC變換器控制領域，可以提高儲能變換器控制魯棒性，獲得更好控制效果，加快儲能裝置響應微電網功率需求的能力，提升直流微電網運行性能。因此，在儲能變換器控制中引入有限控制集模型預測思想將具有一定研究價值。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供用于微電網儲能變換器的有限控制集模型預測控制方法，基于有限控制集模型預測的思想優化結構以及其尋優函數，以此加強儲能雙向DC/DC變換器控制魯棒性，加強控制效果，加快響應功率調節的能力。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案，用于微電網儲能變換器的有限控制集模型預測控制方法，包括以下步驟：

步驟1，分析儲能雙向DC/DC變換器充電/放電工作狀態下對應的等效電路模型，計算出各種模態下的狀態方程；