适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，该双级Boost变换器为主电路为两个Boost电路级联构成，该控制方法首先实时采样双级Boost变换器中的输入电压、电流，中间级电容电压，后级电感电流，输出电压、电流。然后实时计算电路负载、后级Boost电路开关管的占空比和前级Boost电路开关管的占空比；最后将计算得到的开关函数发送给PWM波调制模块，所述调制模块再根据开关函数调制出相应的开关管PWM波开关信号完成对该双级Boost变换器的控制。本发明专利技术电路结构简单，有效提高了电路升压变比，控制算法简便，使得电路在发生负载突变时，出口电压能快速恢复，显著提升变换器出口电压质量。

【技术实现步骤摘要】
适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种适用于直流微电网的双级Boost的新型MPC(ModelPredictiveControl,MPC)控制方法。
技术介绍
近年来，随着“微电网”概念的提出和光伏发电，风力发电等清洁能源发电技术的发展，直流微电网得到大力发展。目前国内外对直流微电网的研究重点主要集中在系统的电压控制、保护和分布式电源管理等方面，对微电网电能质量问题的研究较少。随着工业技术的发展，电能质量的要求变得越来越高。为了给用户提供高质量的直流电能以及发展直流供电技术、推广实际工程，研究直流变换电路及其控制技术意义重大。模型预测控制(ModelPredictiveControl,MPC)是产生于20世纪70年代后期的一种计算机控制算法，它的概念直观、易于建模、无需精确模型和复杂控制参数设计，对克服工业控制过程中的非线性及不确定性等问题有非常好的效果。随着微处理器的发展和应用，模型预测控制逐渐地被应用到电力电子系统中，其中离散状态的有限控制集模型预测控制(FiniteControlSet-MPC,FCS-MPC)直接利用了变换器的离散特性和开关状态有限的特性，这些显著的优点让其成为电力电子系统模型预测控制研究的热点。Boost变换器是直流微电网中最为基本且常见的变换器，目前大多数Boost变换器的MPC控制策略由于代价函数和电路参数相关，当电路参数发生改变时，控制效果随即受到影响。为解决此问题，有学者们将具有自适应能力的PI模块，PID模块同MPC结合，提出新的级联算法。但同样的，这类算法也存在控制结构复杂，动态过程缓慢，参数整定耗时长的问题。
技术实现思路
针对上述现有控制方法存在的问题，本专利技术提供一种适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，该控制算法简化了控制结构和计算量，优化了动态过程，设计的双级Boost变换器通过此控制算法能快速实现负载投切时的动态电压恢复。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种适用于直流微电网的双级Boost变换器，由两个Boost电路级联构成，用以突破单级电路限制，在负载突变时能加快动态恢复过程，极大程度的减小出口电压跌落。本专利技术还提供了根据电路模型和控制目标设计的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，包括以下步骤：(1)对双级Boost变换器中的输入电压us(k)，输入电流is(k)，中间级电容电压u2(k)，后级电感电流iL2(k)，输出电压udc(k)，输出电流idc(k)进行实时采样,其中，k表示采样时刻。(2)实时计算电路负载R、后级Boost电路开关管的占空比n2和前级Boost电路开关管的占空比n1：R＝udc(k)/idc(k)其中，C2为后级Boost电路出口侧电容，udc_ref表示k时刻出口电压udc的参考值，Ts表示控制周期，L1为前级Boost电路电感，is_ref表示k时刻输入电流is的参考值。其中：is_ref＝Pref/us(k)us(k)为k时刻输入电压在。Pref为保持出口电压稳定所需功率：Pref＝Pout+α·Poα为比例系数，取值为(1,100)。(3)将计算得到的开关函数n1，n2发送给PWM波调制模块，所述调制模块再根据开关函数调制出相应的开关管PWM波开关信号完成对该双级Boost变换器的控制。本专利技术在采用两级Boost电路级联，用以突破单级电路限制，设计的控制方法舍去复杂的代价函数选取与计算，将开关管占空比拓展为电路离散化模型中的开关函数，根据控制目标直接计算开关函数值。该控制方法实现了双级Boost变换器在负载突变时能加快动态恢复过程，极大程度地减小出口电压跌落，以及固定电路开关频率。附图说明图1为双级Boost变换器控制结构图；图2为单级Boost电路拓扑图；图3为Boost电路开关管导通时等效电路图；图4为Boost电路开关管关断时等效电路图；图5为直流侧出口电压仿真结果图；图6为负载骤升时出口电压动态恢复过程仿真结果图；图7为负载骤降时出口电压动态恢复过程仿真结果图。具体实施方式本专利技术提供了一种适用于直流微电网的单相级联整流器的新型MPC控制方法，所述控制方法包括如下步骤：(1)对双级Boost变换器中的输入电压us(k)，输入电流is(k)，中间级电容电压u2(k)，后级电感电流iL2(k)，输出电压udc(k)，输出电流idc(k)进行实时采样,其中，k表示采样时刻。(2)实时计算电路负载R、后级Boost电路开关管的占空比n2和前级Boost电路开关管的占空比n1：R＝udc(k)/idc(k)其中，C2为后级Boost电路出口侧电容，udc_ref表示k时刻出口电压udc的参考值，Ts表示控制周期，L1为前级Boost电路电感，is_ref表示k时刻输入电流is的参考值。其中：is_ref＝Pref/us(k)us(k)为k时刻输入电压。Pref为保持出口电压稳定所需功率：Pref＝Pout+α·Poα为比例系数，取值为(1,100)。为中间级电容电压参考值。(3)将计算得到的开关函数n1，n2发送给PWM波调制模块，所述调制模块再根据开关函数调制出相应的开关管PWM波开关信号完成对该双级Boost变换器的控制。下面结合附图对本专利技术方法作进一步说明。如图1所示为本专利技术的双级Boost变换器控制结构图。其中两个IGBT开关管分别为V1、V2，VD1、VD2为两个二极管，L1为前级Boost电路电感，C1为中间级电容(即前级Boost变换器电容)，U2为中间级电容电压，L2为后级Boost电路电感，C2为输出侧电容(即后级Boost变换器电容)，R直流负载。us，is分别为输入电压、电流，udc，idc分别为输出电压、电流。双级Boost变换器的开关管采用PWM调制，根据基尔霍夫定律与相应电路结构，可以建立双级Boost变换器离散预测模型，具体包括以下步骤：(1)单管非隔离型Boost电路是一个升压斩波电路，电路拓扑如图2所示。根据电路工作时，电感电流是否存在为0的情形，将变换器分为两种工作模型。若在工作期间内，电感中的电流以及存储电能降为零，则称为电感电流不连续工作模式；否则称为电感电流连续工作模式。在直流微电网中，大部分Boost电路稳定运行时均处于电感电流连续工作模式。当开关管V开通时，电路等效为图3，此时电源us向电感L充电，同时电容C上的电压向负载R供电，电感L上电流的变化率为电容C上电压的变化率为is为输入电流，us为输入电压，uout为输出电压，i0为输出电流。当开关管V关断时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，其特征在于，所述双级Boost变换器由两级Boost电路级联构成。所述控制方法包括如下步骤：/n(1)对双级Boost变换器中的输入电压u

【技术特征摘要】
1.适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，其特征在于，所述双级Boost变换器由两级Boost电路级联构成。所述控制方法包括如下步骤：
(1)对双级Boost变换器中的输入电压us(k)，输入电流is(k)，中间级电容电压u2(k)，后级电感电流iL2(k)，输出电压udc(k)，输出电流idc(k)进行实时采样，其中，k表示采样时刻。
(2)实时计算电路负载R、后级Boost电路开关管的占空比n2和前级Boost电路开关管的占空比n1：
R＝udc(k)/idc(k)






其中，C2为后级Boost电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆玲霞，刘海涛，陈庆，杨鹏程，雷叶爽，熊雄，于淼，季宇，司鑫尧，肖小龙，
申请(专利权)人：浙江大学，中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33