CN112217226B - 一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法 - Google Patents

一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112217226B
CN112217226B CN201910623986.0A CN201910623986A CN112217226B CN 112217226 B CN112217226 B CN 112217226B CN 201910623986 A CN201910623986 A CN 201910623986A CN 112217226 B CN112217226 B CN 112217226B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
converter
unit
model
energy storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910623986.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112217226A (zh
Inventor
朱晓荣
候顺达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201910623986.0A priority Critical patent/CN112217226B/zh
Publication of CN112217226A publication Critical patent/CN112217226A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112217226B publication Critical patent/CN112217226B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/3353—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

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。

Description

一种适用于双向DC-DC变换器的改进无模型预测控制方法
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vdc、所述储能元件侧的蓄电池输出电压vb，通过电流传感器测量所述直流母线的电流idc、蓄电池的输出电流ib；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ib(k-1)、ib(k-2)、vb(k-1)、vb(k-2)、vdc(k-1)、vdc(k-2)；确定一阶惯性环节的时间常数Ts，得到dvdc，即
Figure GSB0000199921070000021
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ibref；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：
Figure GSB0000199921070000022
步骤3：通过改进的无模型预测控制器来对下一时刻的蓄电池电流进行预测：
ibat(k+1)＝kf·(ib(k)-ib(k-1))+ib(k) (3)
其中ibat(k+1)为下一时刻蓄电池电流的预测值；kf为预测增益系数；
当选择Boost无模型预测控制器时，不同的开关状态有不同的kf，即：
Figure GSB0000199921070000023
其中g1、g2分别为双向DC-DC换流器中两个IGBT的开关状态，g1＝1表示开关管导通，g1＝0表示开关管关断；g2同理；
当选择Buck无模型预测控制器时，kf的计算方式如下：
Figure GSB0000199921070000024
步骤4：确定了预测电流后，通过目标函数对预测电流和给定电流的差值进行约束，不同的开关状态会输出不同的目标函数值，取其中使目标函数值最小的开关状态输出到双向DC-DC换流器中；
本发明与现有技术相比的优点在于：
1.算法简单易实现，并且降低了稳态运行时母线电压波动。
2.控制过程中不需要精准的换流器电感及电容参数，解决了实际应用中电感值和电容值测量困难且不准确的问题。
3.实际系统运行时系统参数会有不同幅度的变换，使用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。
附图说明
图1为本发明的计算流程框图；
图2为直流微电网结构示意图；
图3为无模型预测控制器工作原理示意图；
图4为电流内环无模型预测控制工作流程示意图；
具体实施方式
参考图1-图4，一种适用于双向DC-DC变换器的改进无模型预测控制方法，所述直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元均包括控制系统、测量元件和换流器；所述直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的控制系统输入端分别与相应的测量元件输出端相连，其输出端与相应的换流器输入端相连；所述直流微电网中还包含直流测量元件以及交流测量元件，直流测量元件包括分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的直流母线侧电压传感器和电流传感器以及分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的分布式电源侧、储能元件侧、交流电网侧和负荷侧电压传感器和电流传感器；所述储能单元包括储能元件；
系统仿真中建立六端口直流微电网系统，其中网侧换流器容量为60kW，风机标准风速为12m/s，风机机组换流器容量为60kW，光伏阵列换流器额定容量为6kW，蓄电池额定容量为30kW，直流母线额定电压为400V，电网侧频率为50hz，离散系统采样频率为20us。
双向DC-DC换流器参数如下，储能电感375uH，母线连接电容0.02F，蓄电池测并联电容200uF；蓄电池初始SOC为75％，额定放电电流为120A。
具体控制中的步骤如下：
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vdc、所述储能元件侧的蓄电池输出电压vb，通过电流传感器测量所述直流母线的电流idc、蓄电池的输出电流ib；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ib(k-1)、ib(k-2)、vb(k-1)、vb(k-2)、vdc(k-1)、vdc(k-2)；确定一阶惯性环节的时间常数Ts，得到dvdc，即
Figure GSB0000199921070000041
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ibref；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：
Figure GSB0000199921070000042
步骤3：通过改进的无模型预测控制器来对下一时刻的蓄电池电流进行预测：
ibat(k+1)＝kf·(ib(k)-ib(k-1))+ib(k) (3)
其中ibat(k+1)为下一时刻蓄电池电流的预测值；kf为预测增益系数；
当选择Boost无模型预测控制器时，不同的开关状态有不同的kf，即：
Figure GSB0000199921070000043
其中g1、g2分别为双向DC-DC换流器中两个IGBT的开关状态，g1＝1表示开关管导通，g1＝0表示开关管关断；g2同理；
当选择Buck无模型预测控制器时，kf的计算方式如下：
Figure GSB0000199921070000051
步骤4：确定了预测电流后，通过目标函数对预测电流和给定电流的差值进行约束，不同的开关状态会输出不同的目标函数值，取其中使目标函数值最小的开关状态输出到双向DC-DC换流器中。

Claims (1)

1.一种适用于双向DC-DC变换器的改进无模型预测控制方法，直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元均包括控制系统、测量元件和换流器；直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的控制系统输入端分别与相应的测量元件输出端相连，其输出端与相应的换流器输入端相连；直流微电网中还包含直流测量元件以及交流测量元件，直流测量元件包括分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的直流母线侧电压传感器和电流传感器以及分布式发电单元、储能单元、大电网单元和负荷单元的分布式电源侧、储能元件侧、交流电网侧和负荷侧电压传感器和电流传感器；所述储能单元包括储能元件；
其特征在于：包括以下步骤：
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vdc、所述储能元件侧的蓄电池输出电压vb，通过电流传感器测量所述直流母线的电流idc、蓄电池的输出电流ib；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ib(k-1)、ib(k-2)、vb(k-1)、vb(k-2)、vdc(k-1)、vdc(k-2)；确定一阶惯性环节的时间常数Ts，得到dvdc，即
Figure FSB0000199921060000011
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ibref；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：
Figure FSB0000199921060000012
步骤3：通过改进的无模型预测控制器来对下一时刻的蓄电池电流进行预测：
ibat(k+1)＝kf·(ib(k)-ib(k-1))+ib(k) (3)
其中ibat(k+1)为下一时刻蓄电池电流的预测值；kf为预测增益系数；
当选择Boost无模型预测控制器时，不同的开关状态有不同的kf，即：
Figure FSB0000199921060000021
其中g1、g2分别为双向DC-DC换流器中两个IGBT的开关状态，g1＝1表示开关管导通，g1＝0表示开关管关断；g2同理；
当选择Buck无模型预测控制器时，kf的计算方式如下：
Figure FSB0000199921060000022
步骤4：确定了预测电流后，通过目标函数对预测电流和给定电流的差值进行约束，不同的开关状态会输出不同的目标函数值，取其中使目标函数值最小的开关状态输出到双向DC-DC换流器中。
CN201910623986.0A 2019-07-11 2019-07-11 一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法 Active CN112217226B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910623986.0A CN112217226B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910623986.0A CN112217226B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112217226A CN112217226A (zh) 2021-01-12
CN112217226B true CN112217226B (zh) 2022-11-18

Family

ID=74047528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910623986.0A Active CN112217226B (zh) 2019-07-11 2019-07-11 一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112217226B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023005064A1 (zh) * 2021-07-30 2023-02-02 江南大学 一种基于凸空间滤波的动力电池化成过程状态估计方法
US11650253B2 (en) 2021-07-30 2023-05-16 Jiangnan University State estimation method for power battery formation process based on convex space filtering

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105305480A (zh) * 2015-07-13 2016-02-03 陕西省地方电力（集团）有限公司 混合储能直流微网分层控制方法
CN108631591B (zh) * 2018-05-11 2020-07-24 西安理工大学 一种双向dc-dc变换器预测电流的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112217226A (zh) 2021-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108512452B (zh) 一种直流微电网并网变换器电流的控制系统及控制方法
CN105391271B (zh) 应用于电力电子系统的低频快速有限集模型预测控制方法
CN107154621B (zh) 直流微电网储能单元dc-dc换流器的虚拟同步发电机控制方法
CN103036462A (zh) 电网电压不平衡时电压源型整流器模型预测控制方法
CN103472885B (zh) 应用于多级式光伏并网发电系统的最大功率点追踪方法
CN113285481B (zh) 并网变流器电感参数在线估计方法、预测控制方法及系统
CN112217226B (zh) 一种适用于双向dc-dc变换器的改进无模型预测控制方法
CN108631591A (zh) 一种双向dc-dc变换器预测电流的控制方法
CN105871242B (zh) 单相双向变流器控制系统
CN103019294A (zh) 一种自适应扰动频率和步长的最大功率点跟踪方法
CN106329969A (zh) 适用于Vienna整流器的输出电压动态响应优化控制
CN110460089B (zh) 一种基于多变量预测的lcl并网逆变器fcs-mpc控制方法
CN109274119B (zh) 三相电流型并网逆变器控制方法
CN112688307A (zh) 一种交直流混合微电网控制器及控制方法
CN105048508A (zh) 一种t型三电平单相并网逆变器的控制方法及系统
CN104393620A (zh) 一种预测电流光伏并网逆变器控制方法及装置
CN104821619B (zh) 基于可再生能源的蓄电池充电装置及其控制方法
CN101963787B (zh) 电力有源滤波器的双反馈环控制方法
CN103633659B (zh) 无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统
CN107544610A (zh) 一种基于mpp电压规律与梯度寻优的光伏mppt控制方法
CN107370402B (zh) 一种基于离散Lyapunov函数的切换控制方法
CN114710055B (zh) 基于有限集单矢量的两并联功率变流器模型预测控制方法
WO2022217857A1 (zh) 充电控制方法和系统
CN106292828B (zh) 一种光伏系统最大功率点追踪控制装置及控制方法
CN104967380A (zh) 具有抗扰能力的双凸极发电机电压调节控制装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant