一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法

本发明属于隔离型电力电子变流器领域，具体涉及一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法。

背景技术：

1、随着可再生能源的快速发展，直流微电网的规模与应用范围不断扩大。为了实现直流微电网中可再生能源的灵活配置和优化利用，dc-dc变换器的应用得到了推广，为直流微电网的发展提供了支持与保障。其中，磁网络电能路由器因其具有双向电能传输、宽电压转换范围和零电压开关等能力受到广泛的关注和研究。当磁网络电能路由器应用于直流微电网时，必须有效应对负载突变、电压突变等运行工况。因此，控制系统的鲁棒性和动态性能是磁网络电能路由器高效控制的重要指标。

2、近年来，mpc(model predictive control，模型预测控制)因其动态响应迅速、控制原理简单以及多目标控制能力强等优点，在磁网络电能路由器中得到了应用与研究，实现了磁网络电能路由器稳定且高效的输出电压控制。mpc利用磁网络电能路由器的离散模式实现未来时刻的输出电压预测。然而，mpc的控制性能依赖于系统精确的离散模型，在磁网络电能路由器系统实际的运行过程中，电感和电容的实际参数会随着温度变化、硬件老化和运行条件的改变而发生变化，导致其实际参数与模型参数存在误差，进而造成磁网络电能路由器性能降低。

3、为了磁网络电能路由器mpc输出电压控制的参数鲁棒性，研究人员已经提出多种基于参数辨识的mpc方法。然而，在基于参数辨识的mpc方法实施前，仍需建立较为准确的系统模型，进而得到系统辨识变量与输入输出变量的关系。同时，上述参数辨识方法忽略了寄生参数的影响，当辨识误差存在时，仍然会影响磁网络电能路由器的输出电压性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，通过建立并更新磁网络电能路由器不同移相角的输出电压梯度，实现无模型预测电压控制，解决传统漏感、电容参数变化对传统控制影响的技术问题，实现鲁棒、快速、准确地磁网络电能路由器电压控制的发明目的。

2、为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

3、s1、根据磁网络电能路由器模型，建立磁网络电能路由器输出电压离散模型，然后构建磁网络电能路由器输出电压梯度；

4、s2、根据磁网络电能路由器输出电压和输出电压参考，计算得到磁网络电能路由器自适应移相角范围，为输出电压预测计算提供移相角；

5、s3、根据磁网络电能路由器自适应移相角范围，建立电压梯度查询表，并建立不同移相角的电压梯度关系，更新所有移相角电压梯度；

6、s4、根据磁网络电能路由器的电压梯度及其对应得移相角，预测未来时刻输出电压，实现无模型预测控制；利用价值函数评估最优移相角并应用在下一控制周期中，实现磁网络电能路由器输出电压调节。

7、进一步地，前述的步骤s1中，建立磁网络电能路由器输出电压离散模型，如下式：

8、

9、其中，ts为磁网络电能路由器控制周期；vo(k)为k时刻磁网络电能路由器输出电压；io(k)为k时刻磁网络电能路由器输出电流；vo(k+1)为k+1时刻磁网络电能路由器输出电压；vi(k)为k时刻磁网络电能路由器输入电压；d(k)为k时刻磁网络电能路由器输入侧和输出侧间的移相角；co为磁网络电能路由器输出电容；n为磁网络电能路由器变压器匝数比；lr为磁网络电能路由器变压器漏感。

10、进一步地，前述的步骤s1中，构建磁网络电能路由器输出电压梯度，如下：

11、δvo(k)＝vo(k)-vo(k-1)，

12、其中，δvo(k)为磁网络电能路由器输出电压梯度，其与应用的移相角d(k-1)相对应。

13、进一步地，前述的步骤s2中，磁网络电能路由器自适应移相角范围如下：

14、{d(k)-2*δda(k)，d(k)-δda(k)，d(k)，d(k)+δda(k)，d(k)+2*δda(k)}，其中，δda(k)＝δd(k)(1+εδv2(k))，δda(k)为自适应移相角，vm为最大功率误差，ε为调整系数，δv为输出电压误差，voref为磁网络电能路由器输出电压参考。

15、进一步地，前述的步骤s3中，建立不同移相角的电压梯度关系具体如下：

16、

17、

18、进一步地，前述的步骤s4中，预测未来时刻输出电压具体是：基于步骤s2中获得移相角范围设置为{d(k)-2*δda(k)，d(k)-δda(k)，d(k)，d(k)+δda(k)，d(k)+2*δda(k)}以及不住s3中得到的移相角对应的输出电压梯度{δvo1(k)，δvo2(k)，δvo3(k)，δvo4(k)，δvo5(k)}，结合k时刻输出电压vo(k)可以得到(k+1)时刻的输出电压vox(k+1)为：vox(k+1)＝vo(k)+δvox(k)x∈{1,2,3,4,5}。

19、进一步地，前述的步骤s4中，利用价值函数评估最优移相角并应用在下一控制周期中，实现磁网络电能路由器输出电压调节，所述价值函数为：

20、g＝α1g1+α2g2，其中，g1为参考电压跟踪的价值函数，g2为保证磁网络电能路由器输出电压稳态性能的价值函数，α1和α2分别为g1和g2的权重因子。

21、相较于现有技术，本发明采用以上技术方案的有益技术效果如下：

22、(1)本发明所提磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，利用磁网络电能路由器输出电压梯度替代传统的数学模型，实现无模型预测电压控制，提高了磁网络电能路由器输出电压控制的鲁棒性。

23、(2)将通过本发明磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，通过建立不同移相角的输出电压梯度关系，实现所有移相角输出电压梯度实时更新，提高了磁网络电能路由器无模型预测电压控制的准确性。

24、(3)本发明提出的磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法原理简单，容易拓展至不同参数、不同功率等级、不同端口的磁网络电能路由器，实用价值高。

技术特征：

1.一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，步骤s1中，建立磁网络电能路由器输出电压离散模型，如下式：

3.根据权利要求1所述的一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，步骤s1中，构建磁网络电能路由器输出电压梯度，如下：

4.根据权利要求1所述的一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，步骤s2中，磁网络电能路由器自适应移相角范围如下：

5.根据权利要求4所述的一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，步骤s3中，建立不同移相角的电压梯度关系具体如下：

6.根据权利要求1所述的一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，步骤s4中，预测未来时刻输出电压具体是：基于步骤s2中获得移相角范围设置为{d(k)-2*δda(k)，d(k)-δda(k)，d(k)，d(k)+δda(k)，d(k)+2*δda(k)}以及不住s3中得到的移相角对应的输出电压梯度{δvo1(k)，δvo2(k)，δvo3(k)，δvo4(k)，δvo5(k)}，结合k时刻输出电压vo(k)可以得到(k+1)时刻的输出电压vox(k+1)为：vox(k+1)＝vo(k)+δvox(k)x∈{1,2,3,4,5}。

7.根据权利要求1所述的一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，其特征在于，步骤s4中，利用价值函数评估最优移相角并应用在下一控制周期中，实现磁网络电能路由器输出电压调节，所述价值函数为：

技术总结本发明公开了一种磁网络电能路由器无模型预测电压控制方法，首先，建立磁网络电能路由器输出电压离散模型，然后构建磁网络电能路由器输出电压梯度；接着，根据磁网络电能路由器输出电压和输出电压参考，设计自适应移相角范围，为输出电压预测计算提供移相角；然后建立其电压梯度查询表，建立不同移相角的电压梯度关系，更新所有移相角电压梯度；最后根据电压梯度及其对应得移相角，预测未来时刻输出电压，实现无模型预测控制，并利用价值函数评估最优移相角并应用在下一控制周期中，实现磁网络电能路由器输出电压调节。该控制方法提高了磁网络电能路由器电压控制的鲁棒性，提高了电压控制方法在不同参数的磁网络能源路由器应用的扩展性。技术研发人员：邓富金,尹政,詹昕,刘恒门,黄堃受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29