一种直流固态变压器线性化控制方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种直流固态变压器线性化控制方法、系统、设备及介质，包括：通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令i

【技术实现步骤摘要】
一种直流固态变压器线性化控制方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于直流配电网
，涉及一种直流固态变压器线性化控制方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着光伏、风电等分布式电源、储能以及电动汽车等直流负荷在电网中的大规模集成，传统的交流配电网面临严峻的挑战。与交流配电网相比，直流配电网由于其在接入可再生能源、减少电力转换阶段和传输损耗方面的优势成为当前的研究热点。其中，用于连接中低压直流母线的直流固态变压器是直流配网的核心设备。
[0003]受限于功率器件的耐压和耐流水平，直流固态变压器往往在需要在输入侧串联以匹配较高的中压直流电压，在输出侧并联以实现足够大的传输功率。因而，基于输入串联
‑
输出并联(ISOP)的DCDC结构成为直流固态变压器的典型拓扑结构。其中，双有源桥(DAB)变换器由于其具有高功率密度、双向功率传输能力和动态性能优异等特点，成为直流固态变压器中应用最广泛的DCDC单元。
[0004]直流固态变压器的正常运行首先要确保输出电压的稳定。对于直流固态变压器的输出电压控制，传统的纯反馈控制策略在负载等工况突变时难以保证足够快的响应速度。为此，前馈控制、直接功率控制和虚拟直接功率控制相继被提出，并被证明能够有效抑制负载和输入电压的扰动。同时，电流模式控制也被引入到直流固态变压器的输出电压控制中，即在输出电压外环的基础上，通过检测DAB变换器的变压器电流并让其参与控制，以进一步增强动态性能。为了减少传感器的数量，基于状态观测的输出电压控制策略被提出。此外，一些文献还报道了滑模控制、模型预测控制等非线性控制策略在直流固态变压器输出电压控制中的应用。以上所述的输出电压控制策略在算法复杂度、动态响应速度、传感器数量以及鲁棒性等方面各有优劣，可根据实际需求进行选择。
[0005]在直流固态变压器中，漏感、损耗等参数的不一致性会使单元间的电压和功率不均衡，这会增大DAB变换器输入输出电压的不匹配程度，导致损耗增加，甚至可能使单个单元的传输功率超出额定值。因而，除输出电压控制外，直流固态变压器还应控制所有子单元的均衡。传统的直流固态变压器的均衡控制方案主要是包含输出电压控制和输入均压控制的双环控制策略。每个DAB单元的移相比由输出电压环产生的公共移相比和输入均压环产生的移相比增量叠加得到。这种双环控制策略是ISOP系统最常用的均衡控制方案。也有文献介绍了一些基于功率控制的均衡控制方法，如在线功率积分均衡控制、直接功率均衡控制和虚拟功率均衡控制等。此外，模型预测控制和状态观测等方法也被引入到直流固态变压器的均衡控制中。
[0006]然而，前面所述的输出电压控制和均衡控制策略存在的一个普遍问题是，其控制对象都是非线性的，因而环路增益会随负载等工况变化。为了保证直流固态变压器在全工况下的稳定性，控制器参数的设计需要满足最恶劣工况下的稳定性指标，从而牺牲了在其他工况下的动态性能。目前鲜有文献讨论直流固态变压器输出电压控制和均衡控制的工况
适应性问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种直流固态变压器线性化控制方法、系统、设备及介质，该方法、系统、设备及介质能够进行直流固态变压器输出电压控制和均衡控制，同时适应性较强。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术一方面，本专利技术提供了一种直流固态变压器线性化控制方法，包括：
[0010]通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令
[0011]通过输入均压控制环生成各DAB单元的原边电流增量指令
[0012]将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加后生成总的控制指令通过所述总的控制指令进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制。
[0013]通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令的具体过程为：
[0014]将直流固态变压器的输出电压指令值与传感器检测的输出电压实际值v
out
作差，再将作差结果输入至PI调节器中；
[0015]将PI运算后的结果与传感器检测的输出电流叠加，生成直流固态变压器的副边电流指令
[0016]将直流固态变压器的副边电流指令与传感器检测的输出电压v
out
相乘，再除以直流固态变压器的总输入电压v
in
，生成所有DAB单元的公共原边电流指令
[0017]通过输入均压控制环生成各DAB单元的原边电流增量指令的具体过程为：
[0018]检测所有DAB单元的输入电压v
in,i
，将所有DAB单元的输入电压v
in,i
求平均值v
in,avg
；
[0019]将所述平均值v
in,avg
与各DAB单元的输入电压v
in,i
作差，并将作差结果输入至PI调节器中，生成各DAB单元的原边电流增量指令
[0020]所述将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加后生成总的控制指令通过所述总的控制指令进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制的具体过程为：
[0021]将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加，得到直流固态变压器中各DAB单元总的原边电流指令
[0022]根据预设调制策略以及得到的各DAB单元的总原边电流指令计算DAB单元的移相比
[0023]根据所述DAB单元的移相比进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制。
[0024]本专利技术二方面，本专利技术提供了一种直流固态变压器线性化控制系统，包括：
[0025]第一生成模块，用于通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令
[0026]第二生成模块，用于通过输入均压控制环生成各DAB单元的原边电流增量指令
[0027]控制模块，用于将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加后生成总的控制指令通过所述总的控制指令进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制。
[0028]所述第一生成模块包括：
[0029]第一PI模块，将直流固态变压器的输出电压指令值与传感器检测的输出电压实际值v
out
作差，再将作差结果输入至PI调节器中；
[0030]第一叠加模块，用于将PI运算后的结果与传感器检测的输出电流叠加，生成直流固态变压器的副边电流指令
[0031]第一运算模块，用于将直流固态变压器的副边电流指令与传感器检测的输出电压v
out
相乘，再除以直流固态变压器的总输入电压v
in
，生成所有DAB单元的公共原边电流指令
[0032]所述第二生成模块包括：
[0033]求均值模块，用于检测所有DAB单元的输入电压v
in,i
，将所有DAB单元的输入电压v
in,i
求平均值v
in,avg...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流固态变压器线性化控制方法，其特征在于，包括：通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令通过输入均压控制环生成各DAB单元的原边电流增量指令将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加后生成总的控制指令通过所述总的控制指令进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制。2.根据权利要求1所述的直流固态变压器线性化控制方法，其特征在于，通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令的具体过程为：将直流固态变压器的输出电压指令值与传感器检测的输出电压实际值v
out
作差，再将作差结果输入至PI调节器中；将PI运算后的结果与传感器检测的输出电流叠加，生成直流固态变压器的副边电流指令将直流固态变压器的副边电流指令与传感器检测的输出电压v
out
相乘，再除以直流固态变压器的总输入电压v
in
，生成所有DAB单元的公共原边电流指令3.根据权利要求1所述的直流固态变压器线性化控制方法，其特征在于，通过输入均压控制环生成各DAB单元的原边电流增量指令的具体过程为：检测所有DAB单元的输入电压v
in,i
，将所有DAB单元的输入电压v
in,i
求平均值v
in,avg
；将所述平均值v
in,avg
与各DAB单元的输入电压v
in,i
作差，并将作差结果输入至PI调节器中，生成各DAB单元的原边电流增量指令4.根据权利要求1所述的直流固态变压器线性化控制方法，其特征在于，所述将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加后生成总的控制指令通过所述总的控制指令进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制的具体过程为：将所述公共原边电流指令与所述原边电流增量指令叠加，得到直流固态变压器中各DAB单元总的原边电流指令根据预设调制策略以及得到的各DAB单元的总原边电流指令计算DAB单元的移相比根据所述DAB单元的移相比进行直流固态变压器的输出电压控制及输入均压控制。5.一种直流固态变压器线性化控制系统，其特征在于，包括：第一生成模块，用于通过输出电压控制环生成各DAB单元的公共原边电流指令第二生成模块，用于通过输入均压控制环生成各DAB单元的原边电流增量指令控制模块，用于将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴云庆，李志祥，高韫瑶，刘家豪，翁天琪，王来利，赵烈，裴龙，曹伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：