[发明专利]一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法

权利要求书

1.一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，采用模型预测控制进行多模块直流变换器输出电压的快速控制，以适用于不同调制策略下的输出电压稳态控制，采用比例积分控制进行多模块直流变换器输入电压的均分控制，以实现多模块之间的功率平衡，从而同时实现系统输出电压控制和各模块的功率平衡控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，多模块直流变换器中各模块的输出电压稳定控制器为模型预测控制器，多模块直流变换器中各模块的输入电压稳定控制器为比例积分控制器，两个控制器输出的控制量结合作为单个模块的最终控制量。

3.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，所述模型预测控制器通过采集当前时刻的模块输出电压值、模块输出电流值以及负载电流值，进行一次输出电压的预测值计算，进而得到下一采样时刻的模块最优控制量。

4.根据权利要求2所述的一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，所述比例积分控制器取系统输入电压的均值作为各模块输入电压的参考值，进而实现模块的输入电压均分；通过建立单个变换器的小信号模型以及输入电压与控制量之间的传递函数，进行比例积分控制器的参数设计，进而实现良好的控制效果。

5.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，该方法适用于包括双有源桥电路模块的多种电路形式的模块组合，且不限制电路模块的调制方法。

6.根据权利要求1所述的一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，在直流输入侧和直流输出侧均并联稳压电容，以实现直流电压的稳定；通过将输出侧并联电容进行等效，进一步简化电路结构以及输出电压预测模型。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1、测量当前系统的输入电压U₁以及模块i的输入电压U_1i，将系统输入电压U₁除以模块数m，得到模块输入电压参考值U_1ref；将模块i的输入电压U_1i与模块输入电压参考值U_1ref进行运算后输入比例积分控制器，得到输入电压比例积分控制器输出控制量d_ip；

步骤S2、测量当前时刻的模块i的输出电压U_2i(k)、输出电流I_si(k)和负载电流I₂(k)，对输出电压U₂(k)与输出参考电压U_2ref进行运算得到寻优步长ΔD，进而在当前控制量D_i(k)的基础上生成寻优序列，寻优序列的元素个数为N，寻优序列为D_i[N]；

步骤S3、将生成的控制量寻优序列代入到对应的功率表达式中，求得传输功率序列后，将其代入电流预测公式得到模块输出电流预测值序列I_si(k+1)[N]；

步骤S4、在得到不同移相控制量下的模块输出电流预测值序列I_si(k+1)[N]，对这N个待寻优控制变量进行寻优，首先对第一个元素进行寻优，将输出电流预测值代入到输出电压预测公式中得到下两个开关周期后的模块输出电压预测值U_2p(k+2)；由于预测过程中存在误差，对变换器输出电压进行误差补偿；

步骤S5、将所计算的当前循环下输出电压预测值代入到代价函数J中，初始化代价函数最小值为无穷大，将当前循环下得到的代价函数值与最小代价函数进行比较，保留最小的代价函数值J_min作为最优代价函数值；

步骤S6、判断当前循环是否为最后一次循环，如果是，退出当前寻优循环；如果不是，进入下一循环，获取下一个寻优元素下的代价函数值；当所有寻优序列元素循环结束后，得到最优的代价函数取值，记录该代价函数对应下的最优预测电压值U_2pi(k+2)和最优控制量d_io；

步骤S7、将得到的模型预测控制最优输出控制量d_io与输入电压比例积分控制器输出控制量d_ip进行运算，得到下一个时刻模块i的最优移相控制量d_i。