[發明專利]一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法

在審

• 申請號: 202210761374.X
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115085557A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 金濤;劉惟誠;廖皇政
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/32;H02J1/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

1.一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，采用模型預測控制進行多模塊直流變換器輸出電壓的快速控制，以適用于不同調制策略下的輸出電壓穩態控制，采用比例積分控制進行多模塊直流變換器輸入電壓的均分控制，以實現多模塊之間的功率平衡，從而同時實現系統輸出電壓控制和各模塊的功率平衡控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，多模塊直流變換器中各模塊的輸出電壓穩定控制器為模型預測控制器，多模塊直流變換器中各模塊的輸入電壓穩定控制器為比例積分控制器，兩個控制器輸出的控制量結合作為單個模塊的最終控制量。

3.根據權利要求2所述的一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，所述模型預測控制器通過采集當前時刻的模塊輸出電壓值、模塊輸出電流值以及負載電流值，進行一次輸出電壓的預測值計算，進而得到下一采樣時刻的模塊最優控制量。

4.根據權利要求2所述的一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，所述比例積分控制器取系統輸入電壓的均值作為各模塊輸入電壓的參考值，進而實現模塊的輸入電壓均分；通過建立單個變換器的小信號模型以及輸入電壓與控制量之間的傳遞函數，進行比例積分控制器的參數設計，進而實現良好的控制效果。

5.根據權利要求1所述的一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，該方法適用于包括雙有源橋電路模塊的多種電路形式的模塊組合，且不限制電路模塊的調制方法。

6.根據權利要求1所述的一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，在直流輸入側和直流輸出側均并聯穩壓電容，以實現直流電壓的穩定；通過將輸出側并聯電容進行等效，進一步簡化電路結構以及輸出電壓預測模型。

7.根據權利要求1-6任一項所述的一種基于模型預測控制的多模塊直流變換器功率平衡方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟S1、測量當前系統的輸入電壓U₁以及模塊i的輸入電壓U_1i，將系統輸入電壓U₁除以模塊數m，得到模塊輸入電壓參考值U_1ref；將模塊i的輸入電壓U_1i與模塊輸入電壓參考值U_1ref進行運算后輸入比例積分控制器，得到輸入電壓比例積分控制器輸出控制量d_ip；

步驟S2、測量當前時刻的模塊i的輸出電壓U_2i(k)、輸出電流I_si(k)和負載電流I₂(k)，對輸出電壓U₂(k)與輸出參考電壓U_2ref進行運算得到尋優步長ΔD，進而在當前控制量D_i(k)的基礎上生成尋優序列，尋優序列的元素個數為N，尋優序列為D_i[N]；

步驟S3、將生成的控制量尋優序列代入到對應的功率表達式中，求得傳輸功率序列后，將其代入電流預測公式得到模塊輸出電流預測值序列I_si(k+1)[N]；

步驟S4、在得到不同移相控制量下的模塊輸出電流預測值序列I_si(k+1)[N]，對這N個待尋優控制變量進行尋優，首先對第一個元素進行尋優，將輸出電流預測值代入到輸出電壓預測公式中得到下兩個開關周期后的模塊輸出電壓預測值U_2p(k+2)；由于預測過程中存在誤差，對變換器輸出電壓進行誤差補償；

步驟S5、將所計算的當前循環下輸出電壓預測值代入到代價函數J中，初始化代價函數最小值為無窮大，將當前循環下得到的代價函數值與最小代價函數進行比較，保留最小的代價函數值J_min作為最優代價函數值；

步驟S6、判斷當前循環是否為最后一次循環，如果是，退出當前尋優循環；如果不是，進入下一循環，獲取下一個尋優元素下的代價函數值；當所有尋優序列元素循環結束后，得到最優的代價函數取值，記錄該代價函數對應下的最優預測電壓值U_2pi(k+2)和最優控制量d_io；

步驟S7、將得到的模型預測控制最優輸出控制量d_io與輸入電壓比例積分控制器輸出控制量d_ip進行運算，得到下一個時刻模塊i的最優移相控制量d_i。