一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置，属于电力电子系统控制技术领域，方法包括：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；根据所述无源输出，构建PI无源控制器；利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。该方法通过构建PI无源控制器，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。滤波器级联升压变换器的无源控制。滤波器级联升压变换器的无源控制。

【技术实现步骤摘要】
一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置，属于电力电子系统控制


技术介绍

[0002]近年来，在航空航天领域，越来越多的液压和气动执行机构被电动执行机构所取代，这一趋势被称为更电动飞机（MEA）。典型的MEA直流配电系统可以看作是一个机载微电网，其中LC滤波器、DC/DC变换器和恒功率负载（CPL）这样的子系统经常出现在机载微电网中。需要指出的是，在这种应用中，由于电力电子行为受到严格的调节，这些负载可以被认为是CPL。然而，这些滤波器、DC/DC变换器和恒功率负载将极大地影响机载直流微电网的稳定性和鲁棒性。特别是CPL接到机载直流微电网系统时，其复阻抗特性会使系统中母线电压产生低频振荡现象，引发设备损害、控制保护误动作，甚至致使整个电力系统电压前溃，严重危害用电安全。
[0003]机载直流微电网的稳定性分析需要一种新的工具，避免处理高阶模型而不导致保守的结果，这种工具将根据子系统的稳定性来确定整个系统的稳定性。这意味着首先要保证微电网中每个子系统的稳定性，然后考虑各子系统的互联性，确定整个系统的稳定性。无源控制（PBC）很好满足了这些要求。
[0004]根据无源性的定义，PBC的一个重要优点是在任意互连中保持无源性。因此，它定义了一种控制器设计方法，通过使其无源化来确保系统的稳定性。然后，如果保证子系统无源以反馈或并行形式相互连接，则整个系统也是无源稳定的。文献（Pang, S., Nahid
‑/>Mobarakeh, B., Pierfederici, S., Huangfu, Y., Luo, G.,&Gao, F. (2019). Toward stabilization of constant power loads using IDA
‑
PBC for cascaded LC filter DC/DC converters. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 9(2), 1302
‑
1314）提出了一种互联和阻尼分配的无缘控制（IDA
‑
PBC）方法，用于稳定LC滤波器级联升压变换器带恒功率负载这样的子系统。但这种互联和阻尼分配的无缘控制方法，控制器的设计过程比较复杂，并且需要测量所有的状态，增加了系统的成本，提高了系统的故障率，降低了系统的可靠性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法及装置，通过构建PI无源控制器，实现对LC滤波器级联升压变换器的无源控制。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，包括：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；
根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；根据所述无源输出，构建PI无源控制器；利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。
[0007]结合第一方面，进一步的，所述LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图包括级联的LC滤波电路和升压变换电路，所述LC滤波电路包括连接的输入电压、LC滤波器的电感、LC滤波器的电容、LC滤波器的电感电阻和LC滤波器的电容的绝缘电阻，所述升压变换电路包括连接的升压变换器的电感、升压变换器的电容、升压变换器的电感电阻、升压变换器的电容的绝缘电阻、二级管、三极管和恒功率负载。
[0008]结合第一方面，进一步的，根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型包括：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，分别以LC滤波器的电感电流、LC滤波器的电容电压、升压变换器的电感电流、升压变换器的输出电压为状态变量，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；所述状态空间模型的表达式如公式（1）所示：（1）公式（1）中，为LC滤波器的电感的标称值，为LC滤波器的电容的标称值，为升压变换器的电感的标称值，为升压变换器的电容的标称值，为LC滤波器的电感电阻值，为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，为升压变换器的电感电阻值，为升压变换器的电容的绝缘电阻值，为LC滤波器的电感电流，为LC滤波器的电容电压，为升压变换器的电感电流，为升压变换器的输出电压，为LC滤波器的电感电流对时间的一次导数，为LC滤波器的电容电压对时间的一次导数，为升压变换器的电感电流对时间的一次导数，为升压变换器的输出电压对时间的一次导数，为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，为恒功率负载的电流，，为恒功率负载的功率，为已知常数值，为PI无源控制器的控制律。
[0009]结合第一方面，进一步的，所述端口哈密顿系统形式的状态空间模型的表达式如公式（2）所示：（2）公式（2）中，为状态变量，，为LC滤波器的电感电流，
为LC滤波器的电容电压，为升压变换器的电感电流，为升压变换器的输出电压，为状态变量对时间的一次导数，为哈密顿函数，为哈密顿函数对状态变量的偏导，，和为互联矩阵，，，为耗散矩阵，，为固定源矩阵，，为交换源矩阵，，为LC滤波器的电感的标称值，为LC滤波器的电容的标称值，为升压变换器的电感的标称值，为升压变换器的电容的标称值，为LC滤波器的电感电阻值，为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，为升压变换器的电容的绝缘电阻值，为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，为恒功率负载的电流，，为恒功率负载的功率，为已知常数值，为PI无源控制器的控制律，表示固定源，表示交换源。
[0010]结合第一方面，进一步的，所述无源输出的表达式如公式（3）所示：（3）公式（3）中，为无源输出，为状态变量的期望值，为状态变量的增量变量，，为储能元件矩阵，，为自定义矩阵函数，，则，为升压变换器的输出电压的期望值，为升压变换器的电感电流的期望值，
，为简化符号参数，，为LC滤波器的电感的标称值，为LC滤波器的电容的标称值，为升压变换器的电感的标称值，为升压变换器的电容的标称值，为LC滤波器的电感电阻值，为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，为升压变换器的电感电阻值，为升压变换器的电容的绝缘电阻值，为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，为恒功率负载的功率，为已知常数值，为互联矩阵，，为交换源矩阵，。
[0011]结合第一方面，进一步的，所述PI无源控制器的表达式如公式（4）所示：（4）公式（4）中，为PI无源控制器的控制律的期望值，，为升压变换器的输出电压的期望值，为升压变换器的电感电流的期望值，为升压变换器的电容的绝缘电阻值，为恒功率负载的功率，为已知常数值，为PI无源控制器的比例参数，为PI无源控制器的积分参数，为无源输出。
[0012]结合第一方面，进一步的，利用所述PI无源控制器，对LC滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，包括：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；将所述状态空间模型转化为端口哈密顿系统形式；根据端口哈密顿系统形式的状态空间模型，定义无源输出；根据所述无源输出，构建PI无源控制器；利用所述PI无源控制器，对LC滤波器级联升压变换器进行无源控制。2.根据权利要求1所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，所述LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图包括级联的LC滤波电路和升压变换电路，所述LC滤波电路包括连接的输入电压、LC滤波器的电感、LC滤波器的电容、LC滤波器的电感电阻和LC滤波器的电容的绝缘电阻，所述升压变换电路包括连接的升压变换器的电感、升压变换器的电容、升压变换器的电感电阻、升压变换器的电容的绝缘电阻、二级管、三极管和恒功率负载。3.根据权利要求1所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型包括：根据预构建的LC滤波器级联升压变换器电路拓扑图，分别以LC滤波器的电感电流、LC滤波器的电容电压、升压变换器的电感电流、升压变换器的输出电压为状态变量，构建LC滤波器级联升压变换器的状态空间模型；所述状态空间模型的表达式如公式（1）所示：（1）公式（1）中，为LC滤波器的电感的标称值，为LC滤波器的电容的标称值，为升压变换器的电感的标称值，为升压变换器的电容的标称值，为LC滤波器的电感电阻值，为LC滤波器的电容的绝缘电阻值，为升压变换器的电感电阻值，为升压变换器的电容的绝缘电阻值，为LC滤波器的电感电流，为LC滤波器的电容电压，为升压变换器的电感电流，为升压变换器的输出电压，为LC滤波器的电感电流对时间的一次导数，为LC滤波器的电容电压对时间的一次导数，为升压变换器的电感电流对时间的一次导数，为升压变换器的输出电压对时间的一次导数，为LC滤波器级联升压变换器的输入电压，为恒功率负载的电流，，为恒功率负载的功率，为已知常数值，为PI无源控制器的控制律。4.根据权利要求1所述的LC滤波器级联升压变换器无源控制方法，其特征在于，所述端口哈密顿系统形式的状态空间模型的表达式如公式（2）所示：
（2）公式（2）中，为状态变量，，为LC滤波器的电感电流，为LC滤波器的电容电压，为升压变换器的电感电流，为升压变换器的输出电压，为状态变量对时间的一次导数，为哈密顿函数，为哈密顿函数对状态变量的偏导，，和为互联矩阵，，，为耗散矩阵，，为固定源矩阵，，为交换源矩阵，，为LC滤波器的电感的标称值，为L...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺伟，杨洁，周旺平，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：