[發(fā)明專利]一種雙級(jí)式固態(tài)變壓器的動(dòng)態(tài)參考預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210138762.2
• 申請(qǐng)日: 2022-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114509945A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張禎濱;孔德昊;高逍男;孫遠(yuǎn)翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本公開(kāi)提出了一種雙級(jí)式固態(tài)變壓器的動(dòng)態(tài)參考預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)，方法包括如下步驟：獲取當(dāng)前時(shí)刻變壓器的控制目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)；根據(jù)當(dāng)前控制目標(biāo)達(dá)到固定參考值的控制步長(zhǎng)，設(shè)置每個(gè)控制目標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值的計(jì)算公式，計(jì)算獲得每個(gè)控制目標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值；以變壓器控制目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值差值最小為目標(biāo)構(gòu)建成本函數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值，以使得成本函數(shù)的值最小求解構(gòu)建的雙級(jí)式固態(tài)變壓器系統(tǒng)模型，獲得下一時(shí)刻變壓器的控制參數(shù)，控制變壓器的變流器。變壓器的預(yù)測(cè)控制中消除了控制器外環(huán)的使用，有效地提升了固態(tài)變壓器的整體動(dòng)態(tài)特性，并提升了調(diào)節(jié)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及變壓器控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種雙級(jí)式固態(tài)變壓器的動(dòng)態(tài)參考預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開(kāi)相關(guān)的背景技術(shù)信息，并不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

在雙級(jí)式固態(tài)變壓器控制策略中，當(dāng)前較為成熟的方案為基于多線性控制器(如比例積分PI控制器)的級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)。即固態(tài)變壓器兩級(jí)各由一套級(jí)聯(lián)控制系統(tǒng)控制：在每級(jí)變換系統(tǒng)中，通過(guò)外環(huán)PI控制器實(shí)時(shí)輸出內(nèi)環(huán)參考值，進(jìn)而由內(nèi)環(huán)PI控制器輸出本級(jí)的調(diào)制命令；這類控制策略存在以下原理性缺陷：(1)屬于“誤后校正”型控制，無(wú)法保證控制目標(biāo)的動(dòng)態(tài)性能；(2)屬于控制目標(biāo)有限的優(yōu)化方法，難以兼顧固態(tài)變壓器多個(gè)控制目標(biāo)；(3)無(wú)法靈活包含多種非線性約束(如，開(kāi)關(guān)頻率、散熱需求等)；(4)在動(dòng)態(tài)特性、調(diào)節(jié)范圍、調(diào)解能力方面，固態(tài)變壓器的DC/DC級(jí)通常遠(yuǎn)高于其整流級(jí)，雙極間無(wú)聯(lián)動(dòng)易導(dǎo)致直流母線波動(dòng)甚至失穩(wěn)。

模型預(yù)測(cè)控制作為新興的第三代控制策略，已成為固態(tài)變壓器更有前景的控制方法，模型預(yù)測(cè)控制的使用有效地提升了固態(tài)變壓器內(nèi)環(huán)的響應(yīng)速度，一定程度上解決了多線性控制器控制存在的問(wèn)題。然而，模型預(yù)測(cè)控制的整流級(jí)外環(huán)仍然使用了PI作為其控制器。其控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性將取決于外環(huán)，使整體的動(dòng)態(tài)特性無(wú)法得到大幅提升。尤其是考慮到新型配電網(wǎng)中頻繁的雙向功率流動(dòng)，該問(wèn)題將更加明顯。固態(tài)變壓器的DC/DC級(jí)面臨著相同的問(wèn)題。另一方面，DC/DC級(jí)需要n-1個(gè)(n為模塊個(gè)數(shù))輸入電壓平衡控制環(huán)。其本質(zhì)是根據(jù)模塊實(shí)時(shí)輸入電壓與電壓平均值之間的差值生成內(nèi)環(huán)模型預(yù)測(cè)控制糾正項(xiàng)。對(duì)于模型預(yù)測(cè)控制的成本函數(shù)而言，此時(shí)的參考命令并非全局最優(yōu)命令，因此所求出的解也并非全局最優(yōu)解。在一定程度上限制了控制系統(tǒng)對(duì)低壓直流母線的調(diào)節(jié)能力和輸入電壓的平衡能力。

綜上，應(yīng)用于雙級(jí)式固態(tài)變壓器的傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制的動(dòng)態(tài)特性主要取決于外環(huán)，導(dǎo)致其動(dòng)態(tài)特性較低。同時(shí)，傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制的控制器的成本函數(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)求解出最優(yōu)解，限制了其調(diào)節(jié)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)為了解決上述問(wèn)題，提出了一種雙級(jí)式固態(tài)變壓器的動(dòng)態(tài)參考預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)，變壓器的預(yù)測(cè)控制中消除了控制器外環(huán)的使用，有效地提升了固態(tài)變壓器的整體動(dòng)態(tài)特性，并提升了調(diào)節(jié)能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開(kāi)采用如下技術(shù)方案：

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了一種雙級(jí)式固態(tài)變壓器的動(dòng)態(tài)參考預(yù)測(cè)控制方法，包括如下步驟：

獲取當(dāng)前時(shí)刻變壓器的控制目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)；

根據(jù)當(dāng)前控制目標(biāo)達(dá)到固定參考值的控制步長(zhǎng)，設(shè)置每個(gè)控制目標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值的計(jì)算公式，計(jì)算獲得每個(gè)控制目標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值；

以變壓器控制目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值差值最小為目標(biāo)構(gòu)建成本函數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參考值以及獲取的控制目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)，以使得成本函數(shù)的值最小求解構(gòu)建的雙級(jí)式固態(tài)變壓器系統(tǒng)模型，獲得下一時(shí)刻變壓器的控制參數(shù)，控制變壓器的變流器。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了一種雙級(jí)式固態(tài)變壓器的動(dòng)態(tài)參考預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，包括：

獲取模塊：被配置為用于獲取當(dāng)前時(shí)刻變壓器的控制目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)；