[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

本發明涉及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，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。該方法有利于實現多模塊直流變換器各模塊之間的功率平衡。

技術領域

本發明屬于多模塊直流變換器控制器設計領域，具體涉及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。

背景技術

隨著新能源產業的蓬勃發展，蓄電池儲能電站、電動汽車、交直流充電樁等裝置的廣泛應用，對高功率密度、高效率、電氣隔離性好、雙向能量傳輸的直流變換器提出了新的需求。新能源發電裝置、微電網系統大量并入電網，電網對該部分能量消納的同時伴隨著電網架構及布局的重大變化。多個電壓等級的電能形式、多種形式的交直流電源以及多個信息網絡之間的深度融合，助推供需側互動、能源高效轉化的能源互聯網的實現。直流變換器作為與直流電網直接進行能量交互的重要媒介，得到越來越多的關注。

隨著直流微電網電壓等級和功率等級的提升，多電平單模塊直流變換器被廣泛應用。但是多電平電路開關管數量較多，控制較為復雜，當開關管發生故障時，整個變換器將停止運行，無法實現能量的傳遞和轉化。隨著模塊化變換器技術的發展和成熟，基于模塊化的串并聯直流變換器系統也受到越來越多的關注。在高壓輸入場合，變換器模塊串聯連接以分壓；大電流輸出場合，變換器模塊并聯連接以分流。模塊化直流變換器輸入輸出級聯方式包括輸入串聯輸出串聯型、輸入串聯輸出并聯型、輸入并聯輸出串聯型、輸入并聯輸出并聯型和獨立輸入串聯輸出型，以進一步拓展變換器的傳輸容量。其中輸入并聯輸出并聯是業內研究最早的一種變換器組合形式，在高壓與低壓配網的能量交互場合，輸入串聯輸出并聯組合形式也得到越來越多的關注。

由于工藝制造水平的限制，無法保證各個模塊的參數完全相同，因此在將模塊進行組合時，需要采用一定的控制手段實現模塊間的功率平衡，防止出現單個模塊功率失衡的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供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，該方法有利于實現多模塊直流變換器各模塊之間的功率平衡。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：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，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，該方法具體包括以下步驟：