[发明专利]一种适用于双向DC-DC变换器的改进无模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于双向DC‑DC变换器的改进无模型预测控制方法，包括以下步骤：信号测量与处理，通过下垂控制得到蓄电池电流给定值，通过判断蓄电池电流给定值的正负来决定无模型预测控制器的工作模式，之后通过优化无模型预测得到蓄电池电流预测值，最后通过评价函数得到最优的开关状态并输出到DC‑DC换流器中。本发明中的算法简单易实现，降低了稳态运行时母线电压波动；控制过程中不需要精准的换流器电感及电容参数；同时本发明中的算法不会受系统参数变换的影响，大大提高了系统的精度和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种双向DC-DC换流器的控制方法，是一种适用于双向DC-DC变换器的改进无模型预测控制方法，属于供电控制技术领域。

背景技术

全球能源短缺、环境污染和气候变化等问题推动了风电、光伏等可再生能源的利用和发展。直流微电网由于其储能装置的优化配置和灵活的控制方法，能够降低分布式能源大规模并网对电力系统稳定运行造成的冲击。

模型预测控制(Model predictive control，MPC)从上世纪70年代问世以来，已经从最初在工业过程中应用的启发式控制算法发展成为一个具有丰富理论和实践内容的新的学科分支。但是由于传统模型预测控制在实现时必须需要确定的模型参数，导致当实际系统运行时，控制器可能会出现参数不匹配的情况而导致控制效果不佳。

无模型控制方法在控制过程中只需使用被控系统的在线和离线输入、输出数据，控制器中不包含受控过程数学模型的任何信息，其概念是韩志刚教授在1993年首次提出的，无模型预测控制算法借鉴无模型控制器的泛模型思想，将泛模型作为预测模型，是一种无模型控制和预测控制相融合的算法借鉴无模型控制器的泛模型思想，只需使用受控对象(即蓄电池电流)的输入输出数据，用预测控制方法对泛模型的特征向量即下一时刻的蓄电池电流进行了预测，进而得到合适的蓄电池双向DC-DC变换器的开关状态。

发明内容

本发明提供一种适用于双向DC-DC变换器的改进无模型预测控制方法。

基于下垂控制的直流微电网在负荷频繁投切时母线电压会急剧波动，严重影响直流电压的电能质量。电流内环使用PI控制器时，存在着响应速度不够快的问题，而采用模型预测控制时，存在着参数不匹配和稳态电压波动过大的问题。为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

步骤1：信号测量与处理：通过电压传感器测量所述直流母线的电压v_dc、所述蓄电池侧的蓄电池输出电压v_b，通过电流传感器测量所述直流母线的电流i_dc、蓄电池的输出电流 i_b；对系统的测量量进行处理，通过记忆环节取得前两个时刻的系统测量量，即i_b(k-1)、i_b(k-2)、v_b(k-1)、v_b(k-2)、v_dc(k-1)、v_dc(k-2)；确定一阶惯性环节的时间常数T_s，得到dv_dc，即

其中k为离散积分器的增益，z为离散积分器的z变换；

步骤2：通过下垂控制得到蓄电池电流给定值i_bref；并通过对其进行正负值判定来决定选择何种无模型预测控制器，即：

步骤3：通过改进的无模型预测控制器来对下一时刻时刻的蓄电池电流进行预测：

i_b(k+1)＝k_f·(i_b(k)-i_b(k-1))+i_b(k) (3)

其中i_bat(k+1)为下一时刻蓄电池电流的预测值；k_f为预测增益系数；