用于直流微电网储能双向DC/DC变换器的控制方法技术

用于直流微电网储能双向DC/DC变换器的控制方法，具体为：首先，根据模型预测的思想引入到储能双向DC/DC变换器的控制中，通过分析储能变换器在不同工作状态下的等效电路模型，建立预测模型，基于寻找变换器最优工作状态的目的建立寻优函数，引入反馈矫正环节，形成闭环有限控制集模型预测控制。减小甚至消除负载阶跃给母线电压带来的冲击，储能变换器电感电流可以快速的跟踪参考值，提高储能装置响应微电网能量需求的速度，在光伏扰动时亦可保证母线电压的稳定。电压的稳定。电压的稳定。

【技术实现步骤摘要】
用于直流微电网储能双向DC/DC变换器的控制方法


[0001]本专利技术属于直流微电网储能双向DC/DC变换器控制
，具体涉及用于双向储能DC/DC变换器的控制方法。

技术介绍

[0002]从直流微电网的角度出发，其内部的可再生能源系统具有不确定性和随机性，当外部环境因素发生改变时，对应的输出能量亦随之改变，进而威胁到直流微电网内部功率平衡，因此直流微电网需要储能装置平抑其功率波动，为其安全可靠运行提供保障。储能装置控制策略的性能优劣直接影响到了直流微电网的运行特性，这使得储能装置控制策略成为当前研究的重点与热点之一。
[0003]目前直流微电网内储能装置控制策略的研究主要集中在比例积分(Proportional Integral,PI)控制的基础之上。首先提出一种储能系统自动充放电改进控制策略，储能装置根据直流母线电压信号自动充放电。其次提出基于电压下垂法的直流微电网混合储能系统控制策略，自动协调蓄电池和超级电容出力。又提出带超级电容的光伏微电网系统混合储能控制策略，通过控制蓄电池响应低频功率，超级电容响应高频功率，抑制负载阶跃对直流母线造成的冲击。后将分段比例积分(PI)调节和滑模控制融合，形成储能双向DC/DC变换器智能控制策略，实现并联双向变换器的均流控制、能量快速传递控制和超级电容储能装置电压的稳定控制。有学者提出一种直流微电网中双向储能变换器的2次纹波电流抑制与不均衡控制策略，通过带通滤波器(BandPass Filter，BPF)在2倍基频处引入虚拟阻抗，以改善对2次纹波电流的不均衡控制。基于PI控制的储能变换器控制策略在直流微电网协调控制中有着积极的作用，但PI控制天然存在着些许不足：动态调节时间较长，鲁棒性较差，控制器参数设计困难，现场大功率调试存风险等。
[0004]模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)是一种非线性最优控制方法，具有控制效果好，鲁棒性强的特点。近年来MPC方法在电力电子变换器控制领域获得广泛应用。现在研究提出一种基于有限控制集模型预测的分布式最大功率跟踪算法，以实现级联光伏发电系统的能量最大化利用。再将基于有限控制集模型预测的最大功率跟踪算法应用于光伏Z源并网逆变器的控制，减小网侧电流谐波和环境因素引起的最大功率点附近的振荡。后提出一种鲁棒性有限控制集模型预测控制策略，将其用于具有故障穿越能力的光伏逆变器控制。再将有限控制集模型预测用在与交流电网连接的多端高压直流网络的控制，相比PI控制可提高调频能力，减小直流网络功率损耗。有学者，通过分析储能变换器的不同工作状态，建立预测控制模型，经滚动优化函数确定变换器的最优工作状态。
[0005]文献调研表明，以PI控制为基础的储能变换器控制策略是当前研究重点，储能变换器有限控制集模型预测控制研究尚未展开。将有限控制集模型预测控制的思想引入储能双向DC/DC变换器控制领域，可以提高储能变换器控制鲁棒性，获得更好控制效果，加快储能装置响应微电网功率需求的能力，提升直流微电网运行性能。因此，在储能变换器控制中引入有限控制集模型预测思想将具有一定研究价值。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供用于微电网储能变换器的有限控制集模型预测控制方法，基于有限控制集模型预测的思想优化结构以及其寻优函数，以此加强储能双向DC/DC变换器控制鲁棒性，加强控制效果，加快响应功率调节的能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案，用于微电网储能变换器的有限控制集模型预测控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，分析储能双向DC/DC变换器充电/放电工作状态下对应的等效电路模型，计算出各种模态下的状态方程；
[0009]步骤2，根据储能双向DC/DC变换器充电/放电工作状态下的等效电路模型建立预测模型和寻优函数，并进行优化。
[0010]所述的步骤1，具体做法是：
[0011]步骤1.1，以储能装置工作在放电模式为例，变换器处于boost模式，单一开关管处于开通状态，根据其等效电路模型列写基尔霍夫电流方程与基尔霍夫电压方程，如式(1)所示；
[0012][0013]式中L为变换器储能侧电感值，C为变换器母线侧电容值，i
Lb
为变换器储能侧电感电流，u
dc
为变换器母线侧端口电压，u
bat(t)
为t时刻储能装置端电压测量值，i
b(t)
为t时刻直流母线端电容电流测量值；分别为变换器储能侧电感电流与变换器母线侧端口电压对时间求微分；
[0014]步骤1.2，求得放电模式下相同开关管开通对应的变换器储能侧电感电流与变换器母线侧端口电压的增量方程，如式(2)所示：
[0015][0016]式中Δi
Lb
为变换器储能侧电感电流增量，Δu
dc
为变换器母线侧端口电压增量，L为变换器储能侧电感值，C为变换器母线侧电容值，u
bat(t)
为t时刻储能装置端电压测量值，i
b(t)
为t时刻直流母线端电容电流测量值；
[0017]步骤1.3，当开关管S2处于关断状态，根据等效电路模型列写基尔霍夫电流方程与基尔霍夫电压方程：
[0018][0019]式中L为变换器储能侧电感值，C为变换器母线侧电容值，i
Lb
为直流母线端电容电流，u
dc
为变换器母线侧端口电压，u
bat(t)
为t时刻储能装置端电压测量值，u
dc(t)
为t时刻变换
器母线侧端口电压测量值，i
b(t)
为t时刻直流母线端电容电流测量值，i
Lb(t)
为t时刻变换器储能端端电感电流测量值；
[0020]步骤1.4，放电模式下开关管S2关断对应的变换器电感电流与变换器端口电压(直流母线电压)的增量方程为：
[0021][0022]式(4)中，Δi
Lb
与Δu
dc
分别为变换器电感电流增量与变换器端口电压增量，Δt为系统控制周期Ts，u
bat(t)
与u
dc(t)
分别为蓄电池电压与变换器端口电压在t时刻的测量值，i
Lb(t)
与i
b(t)
分别为变换器电感电流与变换器输出电流在t时刻的测量值。
[0023]所述步骤2，具体做法为：
[0024]步骤2.1，根据式(4)增量矩阵求出所需的电压与电流预测模型：
[0025][0026]式中，i
Lbm(t+1|t)
与u
dcm(t+1|t)
分别为在t时刻基础上预测出的t+1时刻变换器电感电流值与变换器端口电压值；
[0027]步骤2.2，将预测值与实际测量值相比较，形成闭环，得到电流与电压的控制误差，电流与电压控制误差分别与所对应的反馈校正系数σ
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于直流微电网储能双向DC/DC变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，分析储能双向DC/DC变换器充电/放电工作状态下对应的等效电路模型，计算出各种模态下的状态方程；步骤2，根据储能双向DC/DC变换器充电/放电工作状态下的等效电路模型建立预测模型和寻优函数，并进行优化。2.根据权利要求1所述的用于直流微电网储能双向DC/DC变换器的控制方法，其特征在于，所述的步骤1，具体做法是：步骤1.1，以储能装置工作在放电模式为例，变换器处于boost模式，单一开关管处于开通状态，根据其等效电路模型列写基尔霍夫电流方程与基尔霍夫电压方程，如式(1)所示；式中L为变换器储能侧电感值，C为变换器母线侧电容值，i
Lb
为变换器储能侧电感电流，u
dc
为变换器母线侧端口电压，u
bat(t)
为t时刻储能装置端电压测量值，i
b(t)
为t时刻直流母线端电容电流测量值；分别为变换器储能侧电感电流与变换器母线侧端口电压对时间求微分；步骤1.2，求得放电模式下相同开关管开通对应的变换器储能侧电感电流与变换器母线侧端口电压的增量方程，如式(2)所示：式中Δi
Lb
为变换器储能侧电感电流增量，Δu
dc
为变换器母线侧端口电压增量，L为变换器储能侧电感值，C为变换器母线侧电容值，u
bat(t)
为t时刻储能装置端电压测量值，i
b(t)
为t时刻直流母线端电容电流测量值；步骤1.3，当开关管S2处于关断状态，根据等效电路模型列写基尔霍夫电流方程与基尔霍夫电压方程：式中L为变换器储能侧电感值，C为变换器母线侧电容值，i
Lb
为直流母线端电容电流，u
dc
为变换器母线侧端口电压，U
bat(t)
为t时刻储能装置端电压测量值，u
dc(t)
为t时刻变换器母线侧端口电压测量值，i
b(t)
为t时刻直流母线端电容电流测量值，i
Lb(t)
为t时刻变换器储能端端电感电流测量值；步骤1.4，放电模式下开关管S2关断对应的变换器电感电流与变换器端口电压的增量方程为：
式(4)中，Δi
Lb
与Δu
dc
分别为变换器电感电流增量与变换器端口电压增量，Δt为系统控制周期Ts，u
bat(t)
与u
dc(t)
分别为蓄电池电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，张泽川，安亚伟，吴林昆，于璐，高思源，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：