输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于DAB变换器模型预测控制技术领域，具体公开了一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法及系统，方法包括：构建基于各个子DAB变换器的移相控制量的输出侧电压电流关系式；使用前向欧拉法在一个工作周期内对关系式进行离散，得到输出电压的预测表达式；考虑变换器的稳定均功率条件，设计得到代价函数；最小化代价函数，分别得到各子DAB变换器的最优相移控制量；根据当前时刻的相移控制量进行移相调制，得到各开关管的控制信号，从而控制各个子DAB变换器的功率均衡以及整体输出电压追踪目标值。本发明专利技术实现了对ISOS型DAB变换器稳定的功率均衡控制，使得算法的复杂度大大降低。大大降低。大大降低。

【技术实现步骤摘要】
输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及DAB变换器模型预测控制
，尤其涉及一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]近年来，直流微网技术快速发展，对以双有源全桥（DAB）变换器为代表的双向隔离型直流变换器提出了更高要求。随着电压等级的提升，变换器承受的电气及热应力大大增加，这使得相关功率器件的性能要求变得极为苛刻，增加了设计难度及成本，单一模块的变换器已难以满足设计需求。而由多个DAB变换器在两端直流侧串联而成的输入串联输出串联（ISOS）型DAB变换器能够有效降低单一模块的电压应力，是应对高压场合的有效方案。
[0004]在ISOS型DAB变换器的控制中，各子DAB模块的电路参数由于出厂公差或运行时的参数漂移，会出现不同子模块间的不对称，进而会引起传输功率的不平衡问题。若不对功率偏置及时校正，则会使得部分子模块受到的电气应力及热应力增大，降低运行可靠性及使用寿命，甚至产生安全事故；因此需要解决其功率均衡的问题。
[0005]然而，现有技术对ISOS型DAB变换器的控制大多基于PI控制器，这种控制方式下系统的暂态性能相对较差，且随着模块数量的增加，PI环的数量随之增多，进而使得控制算法的设计复杂度大大增加。并且现有技术中各子模块的控制算法大多相互耦合，使得现有控制方法在变换器数量变化时的可拓展性较差，自由度较低。/>
技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法及系统，采用模型预测控制（MPC）方法对ISOS型DAB变换器进行控制，实现了稳定的功率均衡控制，具有较好的暂态性能，同时使得算法的复杂度大大降低，可拓展性与自由度增强。
[0007]在一些实施方式中，采用如下技术方案：一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，其特征在于，包括：各个子DAB变换器的模型预测控制器分别获取各自的子DAB变换器的输入电压、输出电流、输出电压和目标输出电压；构建基于各个子DAB变换器的移相控制量的输出侧电压电流关系式；使用前向欧拉法在一个工作周期内对所述关系式进行离散，得到输出电压的预测表达式；基于所述预测表达式，并考虑ISOS型DAB变换器的稳定均功率条件，设计得到代价函数；最小化所述代价函数，分别得到各子DAB变换器的最优相移控制量；根据当前时刻的相移控制量进行移相调制，得到各开关管的控制信号，从而控制各个子DAB变换器的功率均衡以及整体输出电压追踪目标值。
[0008]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制系统，包括：数据获取模块，用于使得各个子DAB变换器的模型预测控制器分别获取各自的子DAB变换器的输入电压、输出电流、输出电压和目标输出电压；输出电压预测模块，用于构建基于各个子DAB变换器的移相控制量的输出侧电压电流关系式；使用前向欧拉法在一个工作周期内对所述关系式进行离散，得到输出电压的预测表达式；功率均衡及输出控制模块，用于基于所述预测表达式，并考虑ISOS型DAB变换器的稳定均功率条件，设计得到代价函数；最小化所述代价函数，分别得到各子DAB变换器的最优相移控制量；根据当前时刻的相移控制量进行移相调制，得到各开关管的控制信号，从而控制各个子DAB变换器的功率均衡以及整体输出电压追踪目标值。
[0009]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法。
[0010]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术采用MPC方法对ISOS型DAB变换器进行控制，实现了稳定的功率均衡控制，有效地提升了系统的动态性能，实现了各子模块之间的功率稳定均衡，具有较好的暂态性能，同时使得算法的复杂度大大降低。
[0012]（2）本专利技术构建的代价函数使得控制算法满足ISOS型电路的稳定均功率控制条件，并且各子模块的控制相对独立，增大了系统控制算法的可扩展性及灵活度。
[0013]本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例中的输入串联输出串联型DAB变换器拓扑结构示意图；图2为本专利技术实施例中的输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法流程图。
具体实施方式
[0015]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0016]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。
[0017]实施例一在一个或多个实施方式中，公开了一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，结合图2，具体包括如下过程：S101：各个子DAB变换器的模型预测控制器分别获取各自的子DAB变换器的输入电压、输出电流、输出电压和目标输出电压；具体地，图1给出了ISOS型DAB变换器的拓扑结构，其由N个DAB变换器在输入侧串联，输出侧串联而成。依据基尔霍夫定律，输出侧电压电流关系可表示为：（1）其中，C
oi
为第i个DAB变换器的输出侧支撑电容；V
o_i
为第i个DAB变换器的输出电压；I
co_i
为第i个DAB变换器二次侧全桥的平均输出电流；I
o
为输出电流；P
i
为第i个DAB变换器的传输功率。
[0018]S102：构建基于各个子DAB变换器的移相控制量的输出侧电压电流关系式；本实施例中，使用单重移相调制，将各个DAB变换器的传输功率P
i
与其移相控制量D
i
的关系式带入公式(1)中，可得：（2）其中，V
in_i
为第i个DAB变换器的输入电压；L
i
为第i个DAB变换器功率传输电感的电感值；f
s
为DAB变换器的工作频率；n为全桥之间变压器的变比；移相控制量D
i
是指DAB变换器的一次侧全桥和二次侧全桥上开关管控制信号之间的相位差。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，其特征在于，包括：各个子DAB变换器的模型预测控制器分别获取各自的子DAB变换器的输入电压、输出电流、输出电压和目标输出电压；构建基于各个子DAB变换器的移相控制量的输出侧电压电流关系式；使用前向欧拉法在一个工作周期内对所述关系式进行离散，得到输出电压的预测表达式；基于所述预测表达式，并考虑ISOS型DAB变换器的稳定均功率条件，设计得到代价函数；最小化所述代价函数，分别得到各子DAB变换器的最优相移控制量；根据当前时刻的相移控制量进行移相调制，得到各开关管的控制信号，从而控制各个子DAB变换器的功率均衡以及整体输出电压追踪目标值。2.如权利要求1所述的一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，其特征在于，构建基于各个子DAB变换器的移相控制量的输出侧电压电流关系式，具体为：其中，C
oi
为第i个子DAB变换器的输出侧支撑电容； V
o_i
为第i个子DAB变换器的输出电压；V
in_i
为第i个子DAB变换器的输入电压；n为全桥之间变压器的变比；f
s
为DAB变换器的工作频率；L
i
为第i个子DAB变换器功率传输电感的电感值；相移控制量D
i
是指第i个子DAB变换器的一次侧全桥和二次侧全桥上开关管控制信号之间的相位差；I
o
为输出电流；V
o
为输出电压，N为子DAB变换器的个数。3.如权利要求2所述的一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，其特征在于，使用前向欧拉法在一个工作周期内对所述关系式进行离散，得到输出电压的预测表达式，具体为：其中，k代表工作时刻，T
s
为工作周期；V
o
(k)为k时刻的输出电压值，V
o
(k+1)为k+1时刻的输出电压预测值，V
o_i
(k+1)为k+1时刻第i个子DAB变换器的输出电压，V
in_i
(k)为k时刻第i个子DAB变换器的输入电压，I
o
(k)为k时刻的输出电流值。4.如权利要求1所述的一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，其特征在于，将所述预测表达式带入初始代价函数中，并基于ISOS型DAB变换器的稳定均功率条件，将第i个子DAB变换器的输入电压替换为其余各子DAB变换器输入电压的平均值，得到最
终的代价函数。5.如权利要求1所述的一种输入串联输出串联型DAB变换器模型预测控制方法，其特征在于，所述代价函数具体为：其中，V
o
(k)为k时刻的输出电压值，N为子DAB变换器的个数，n为全桥之间变压器的变比，V
in_i
(k)为k时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：董政，李绪铭，张祯滨，秦家旺，王宁，张凯，曹艳，董晓波，王瑞琪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：