CN115085557A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明涉及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,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。该方法有利于实现多模块直流变换器各模块之间的功率平衡。

Description

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
技术领域
本发明属于多模块直流变换器控制器设计领域,具体涉及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。
背景技术
随着新能源产业的蓬勃发展,蓄电池储能电站、电动汽车、交直流充电桩等装置的广泛应用,对高功率密度、高效率、电气隔离性好、双向能量传输的直流变换器提出了新的需求。新能源发电装置、微电网系统大量并入电网,电网对该部分能量消纳的同时伴随着电网架构及布局的重大变化。多个电压等级的电能形式、多种形式的交直流电源以及多个信息网络之间的深度融合,助推供需侧互动、能源高效转化的能源互联网的实现。直流变换器作为与直流电网直接进行能量交互的重要媒介,得到越来越多的关注。
随着直流微电网电压等级和功率等级的提升,多电平单模块直流变换器被广泛应用。但是多电平电路开关管数量较多,控制较为复杂,当开关管发生故障时,整个变换器将停止运行,无法实现能量的传递和转化。随着模块化变换器技术的发展和成熟,基于模块化的串并联直流变换器系统也受到越来越多的关注。在高压输入场合,变换器模块串联连接以分压;大电流输出场合,变换器模块并联连接以分流。模块化直流变换器输入输出级联方式包括输入串联输出串联型、输入串联输出并联型、输入并联输出串联型、输入并联输出并联型和独立输入串联输出型,以进一步拓展变换器的传输容量。其中输入并联输出并联是业内研究最早的一种变换器组合形式,在高压与低压配网的能量交互场合,输入串联输出并联组合形式也得到越来越多的关注。
由于工艺制造水平的限制,无法保证各个模块的参数完全相同,因此在将模块进行组合时,需要采用一定的控制手段实现模块间的功率平衡,防止出现单个模块功率失衡的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供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,该方法有利于实现多模块直流变换器各模块之间的功率平衡。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是: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,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。
进一步地,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。
进一步地,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。
进一步地,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。
进一步地,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。
进一步地,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。
进一步地,该方法具体包括以下步骤:
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U1i,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U1ref;将模块i的输入电压U1i与模块输入电压参考值U1ref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dip
步骤S2、测量当前时刻的模块i的输出电压U2i(k)、输出电流Isi(k)和负载电流I2(k),对输出电压U2(k)与输出参考电压U2ref进行运算得到寻优步长ΔD,进而在当前控制量Di(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Di[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Isi(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Isi(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U2p(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Jmin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U2pi(k+2)和最优控制量dio
步骤S7、将得到的模型预测控制最优输出控制量dio与输入电压比例积分控制器输出控制量dip进行运算,得到下一个时刻模块i的最优移相控制量di
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:提供了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,该方法能够同时实现系统输出电压和各模块间的功率平衡的控制,使得多模块变换器在实现正常的功率输出外,保证各模块之间的功率传输平衡,且具有良好的稳态性能和动态能力,满足大功率多模块直流变换器实际应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例中多模块双有源桥直流变换器的结构框图;
图2为本发明实施例中多模块双有源桥直流变换器的小信号模型图;
图3为本发明实施例中多模块双有源桥直流变换器的等效电路图;
图4为本发明实施例中多模块双有源桥直流变换器的简化电路图;
图5为本发明实施例中多模块直流变换器功率平衡方法的控制框图;
图6为本发明实施例中多模块直流变换器输出电压模型预测控制实施框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供了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,该方法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。
具体地,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。所述模型预测控制器具有快速的动态响应能力,能够使变换器快速实现输出电压的稳定。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,可以得到下一采样时刻的模块最优控制量。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。
该方法适用于多种电路形式的模块组合,包括但不限于双有源桥电路模块。该方法不限电路模块的调制方法,只要推导得到传输功率表达式,即可以实施本发明的功率平衡方法。
在本实施例中,本方法所应用的以双有源桥为基本模块的组合型直流变换器如图1所示,其中包含m个基本模块,模块输入端串联连接,输出端并联连接。串联连接将输入的高电压进行分压,可以很大程度上减小模块开关管的电压应力。并联连接可以在输出端产生较大的电流,达到大功率输出的效果。
为了合理设计输入电压比例积分控制器,需要对变换器电路进行小信号建模,首先对于输入串联输出并联型直流变换器电路结构而言,其输入端为多个模块共同分压,输出端电压自动均衡,各个模块输出电流之和为负载电流。如图1,其中输入侧电压为U1,模块一输入电压为U11,电路等效电感为Leq1,变压器变比为n11:n21;模块m输入电压为U1m,电路等效电感为Leqm,变压器变比为n1m:n2m,两模块的输出电压均为U2;变换器的开关频率为fs。基于单模块对变换器系统进行小信号建模,可以得到m个模块输入串联输出并联的电路小信号模型图,如图2所示。
根据图2可以得出输入串联输出并联型电路的基本电路等式关系:
Figure BDA0003724138410000041
由于多模块变换器输入端为串联形式,当系统处于稳态时,各模块原边输入电压相等。由于各个模块之间功率相等,因此可以得到输入电压也相等,列写模块一的输入电流和输出电流的小信号表达式为:
Figure BDA0003724138410000051
其中d1o为模块一输出电压稳定环输出移相占空比扰动信号,d1p为模块一输入电压均压环输出移相占空比扰动值。
各模块输入电压之和为系统输入电压,当某个模块电压上升时,根据电压平衡关系,其他模块电压之和将下降,因此m个模块各自的输入电压均压环输出的扰动值之和为零,有:
Figure BDA0003724138410000052
对上述公式进一步变换可以得到:
Figure BDA0003724138410000053
根据上述公式,以模块一的输入电压U11和输出电压U2为被控对象,其他小信号分量设为零,可以得到模块一的输入电压、输出电压与控制量之间的传递函数为:
Figure BDA0003724138410000054
上述小信号模型和传递函数推导是按照双环均压控制的理论进行的,包含一个输入均压环和输出稳压环,两个电压环共同作用维持输出电压的稳定和模块间的功率平衡。基于上述理论,可以对输入电压U1i和控制量dip的传递函数进行频域设计,对输入电压比例积分控制器的参数进行整定和设计,以进一步提升系统的抗干扰性能。
接下来阐述变换器的输出电压模型预测控制器的设计和实施过程。值得注意的是,与单个模块的模型预测控制不同,将多个电路进行输入侧串联连接和输出侧并联连接,会使得等效电路结构发生变化。图3示出了多模块双有源桥直流变换器等效电路图,为进一步分析组合模式下的输出电压预测表达式提供了理论指导。把单个变换器模块等效为一个电流源,该电流除了一部分流经输出端稳压电容外,其余部分流向负载。模块之间为并联形式,各模块的输出稳压电容之间也为并联形式,且和直流模块也是并联形式。因此可以等效为图4所示的多模块组合直流变换器的简化电路图,且各电气参数与图3等效:
Figure BDA0003724138410000061
列写输出端电压电流方程为:
Figure BDA0003724138410000062
得到下一时刻变换器系统的输出电压预测值为:
Figure BDA0003724138410000063
进一步得到下两个时刻变换器系统的输出电压预测值为:
Figure BDA0003724138410000064
其中k表示当前时刻,k+1表示下一个开关周期时刻,以此类推。
输出电压的预测值同时涉及到m个并联模块的参数,参数相互耦合,这对实现分散式控制策略存在困难。因此,需要对上述输出电压预测值表达式进行解耦控制,由电路的叠加原理,可以将上述模块等效为两个电流源单独作用的电路,再将输出量进行叠加,即可以实现输出电压的解耦。按照这种思路,将公式(9)所表示的输出电压预测扰动值进行拆解得到m个模块单独的预测电压值,再进行叠加:
Figure BDA0003724138410000065
其中的负载电流为m个电路模块所共有,在稳态实现输入端电压均分的基础上,系统各模块实现功率平衡。又由于并联模块的输出电压相等,因此各个模块的输出负载电流也相等,因此可以将负载电流等分为m份。至此,将m个并联模块的输出电压值进行解耦,实现了分散式控制策略,各模块之间的控制量互不干扰,对于实现系统的进一步稳定提供了理论指导。得到各个模块的下两个时刻输出电压预测值:
Figure BDA0003724138410000071
根据公式(11),为得到单个模块的输出电压预测值,需要已知下一个时刻的单个模块的输出电流值Isi(k+1),其可以由传输功率推导得到:
Figure BDA0003724138410000072
其中Pi为模块i所传输的功率值,U2为模块输出电压值。
接下来将通过建立控制量寻优集,来选取合适的移相控制量,求解不同占空比下模块的传输功率,进而得到不同模块的输出电流值,即可求解出当前控制量下系统的输出电压预测值。将得到的不同取值的系统输出电压预测值与输出电压参考值进行对比,选取使得电压最接近电压参考值的控制量,进而实现对输出电压的控制。
图5为本方法的控制框图,通过实现系统输入侧的电压均分来达到功率均分的目的。通过比例积分控制器对输入电压进行控制,其中输入电压的参考值为输入电压U1与模块数m的比值,各个模块的输入电压控制器输出控制分量dip。模型预测控制对输出电压进行控制,选取使得电压最接近电压参考值的控制量,控制器输出控制分量dio。单个模块的最终移相控制量为控制分量dio与控制分量dip之差,进而可以同时实现输入电压的均分控制和输出电压的稳定控制。
图6为单个模块具体的模型预测控制寻优过程,结合输入电压比例积分控制,本发明提出的基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法的具体实施步骤为:
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U1i,将系统输入电压除以模块数m,得到模块输入电压参考值U1ref。将模块i的输入电压U1i与模块输入电压参考值U1ref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dip
步骤S2:测量当前时刻的模块的输出电压U2i(k)、输出电流Isi(k)和负载电流I2(k),对输出电压与参考电压进行运算得到寻优步长ΔD,进而可以在当前控制量Di(k)的基础上生成寻优序列,寻优序列的元素个数为N,具体的寻优序列Di[N]元素集和为:
Figure BDA0003724138410000081
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,功率表达式随移相调制方式的不同而发生改变。求得传输功率序列后,将其代入到公式(7)中可以得到模块输出电流预测值序列Isi(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Isi(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公式(11)中得到下两个开关周期后的模块输出电压预测值U2p(k+2)。由于预测过程中存在误差,按照误差迭代原则对变换器输出电压进行误差补偿,误差补偿的公式为:
U2r(k+2)=U2p(k+2)+γ1(U2(k-1)-U2p(k-1))+γ2(U2(k)-U2p(k)) (14)
其中U2r(k+2)为补偿后的输出电压预测值,U2p(k+2)为补偿前的输出电压预测值。U2(k)为当前时刻模块输出电压的采样值,U2p(k)为上两个开关周期时刻对当前时刻输出电压的预测值,其他表示方式以此类推。输出电压修正过程中的两个系数分别为γ1和γ2,系数γ1对过去一个周期的预测值和输出值比较值进行修正,系数γ2对当前时刻的电压输出值和预测值进行比较,两者同时对下两个周期的输出电压预测值进行修正。
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作为最优代价函数值。代价函数的表达式为:
J=δ1Jcost12Jcost2=δ1|U2ref-U2r(k+2)|+δ2|U2(k)-U2r(k+2)| (15)
其中,δ1,δ2是代价函数中用来控制和预测的权重因子,δ1用来表征电路预测输出电压与输出电压参考值之间的相差程度;δ2用来表征电路实际输出电压与下两个阶段的输出电压预测值之间的相差程度。
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U2pi(k+2)和最优控制量dio
步骤S7:将得到的模型预测控制最优输出控制量dio与输入电压比例积分控制器输出控制量dip进行运算,可以得到下一个时刻模块i的移相控制量di。进而实现了本发明所提出的基于模型预测控制的多模块直流变换器功率平衡方法。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

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U1i,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U1ref;将模块i的输入电压U1i与模块输入电压参考值U1ref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dip
步骤S2、测量当前时刻的模块i的输出电压U2i(k)、输出电流Isi(k)和负载电流I2(k),对输出电压U2(k)与输出参考电压U2ref进行运算得到寻优步长ΔD,进而在当前控制量Di(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Di[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Isi(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Isi(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U2p(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Jmin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U2pi(k+2)和最优控制量dio
步骤S7、将得到的模型预测控制最优输出控制量dio与输入电压比例积分控制器输出控制量dip进行运算,得到下一个时刻模块i的最优移相控制量di
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115811236A (zh) * 2023-02-02 2023-03-17 山东大学 一种dab变换器模型预测控制方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263496A (zh) * 2011-07-20 2011-11-30 北京理工大学 一种用于多模块dc-dc变换器的功率均分控制方法
KR101480881B1 (ko) * 2014-01-22 2015-01-13 서울과학기술대학교 산학협력단 공간벡터 펄스폭변조 제어방식의 교류/직류 변환기를 적용한 무정전 전원장치 및 그 제어방법
CN107134928A (zh) * 2017-06-01 2017-09-05 西南交通大学 多模块全桥隔离dc‑dc变换器功率平衡控制方法及装置
CN107231093A (zh) * 2017-06-16 2017-10-03 湖南大学 基于全桥mmc结构的中间包电磁加热电源的控制方法
CN108847773A (zh) * 2018-06-14 2018-11-20 西南交通大学 输入串联输出并联全桥dc-dc变换器多模块优化功率平衡方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263496A (zh) * 2011-07-20 2011-11-30 北京理工大学 一种用于多模块dc-dc变换器的功率均分控制方法
KR101480881B1 (ko) * 2014-01-22 2015-01-13 서울과학기술대학교 산학협력단 공간벡터 펄스폭변조 제어방식의 교류/직류 변환기를 적용한 무정전 전원장치 및 그 제어방법
CN107134928A (zh) * 2017-06-01 2017-09-05 西南交通大学 多模块全桥隔离dc‑dc变换器功率平衡控制方法及装置
CN107231093A (zh) * 2017-06-16 2017-10-03 湖南大学 基于全桥mmc结构的中间包电磁加热电源的控制方法
CN108847773A (zh) * 2018-06-14 2018-11-20 西南交通大学 输入串联输出并联全桥dc-dc变换器多模块优化功率平衡方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
安峰;宋文胜;杨柯欣;: "电力电子变压器的双有源全桥DC-DC变换器模型预测控制及其功率均衡方法", 中国电机工程学报, no. 13, 26 April 2018 (2018-04-26), pages 3921 - 3929 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115811236A (zh) * 2023-02-02 2023-03-17 山东大学 一种dab变换器模型预测控制方法及系统
CN115811236B (zh) * 2023-02-02 2023-05-12 山东大学 一种dab变换器模型预测控制方法及系统

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