基于两级式PCS前级DC/DC变换器的连续集模型预测控制方法

本发明涉及dc/dc变换，具体涉及一种基于两级式pcs前级dc/dc变换器的连续集模型预测控制方法。

背景技术：

1、目前已有大量的控制策略应用到了储能变流器上，如pi控制、模糊pi控制、直接功率控制、模型预测控制和滑膜控制等都被广泛研究。针对两级式储能变流器（pcs）前级dc/dc变换器直流母线电压动态响应时间慢、pcs并网电流谐波含量大的问题，提出一种基于两级式pcs前级dc/dc变换器的连续集模型预测控制策略。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于两级式pcs前级dc/dc变换器的连续集模型预测控制方法，解决了直流母线电压动态响应时间慢，并网电流总谐波含量大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、基于两级式pcs前级dc/dc变换器的连续集模型预测控制方法，包括如下步骤：

4、step1、建立两级式储能变流器前级dc/dc变换器和后级dc/ac变换器的数学模型；

5、step2、根据前级dc/dc变换器的数学模型，应用前向欧拉法进行离散化，结合代价函数，得到两相电感电流的离散模型；

6、step3、引入基于观测器的自适应律，选择 lyapunov函数，根据李雅普诺夫稳定性定理，判定该控制方法的稳定性。

7、上述的step1具体包括：

8、建立两相交错并联双向 buck/ boost变换器的数学模型，表达式为：

9、；（1）

10、式中： il1和 il2为直流侧两相电感电流； udc为低通滤波电容电压; idc为直流母线电流; d1和 d2分别为igbt:t1和t3的占空比；

11、在三相abc静止坐标系下的t型三电平变换器数学模型为：

12、；（2）

13、；（3）

14、式中： ia1、 ib1、 ic1为逆变侧输出电流； ia2、 ib2、 ic2为三相并网电流； ua、 ub、 uc为交流侧三相电压； uca、 ucb、 ucc为滤波电容电压；

15、经过 park变换，可得两相旋转d-q坐标系下的数学模型为：

16、；（4）

17、；（5）

18、式中： i1d、 i1q为逆变侧输出电流d-q轴分量； ud、 uq为逆变侧三相电压d-q轴； ucd、 ucq为滤波电容d-q轴。

19、上述的step2具体包括：

20、两相电感电流表达式为 ：

21、；（6）

22、采用前向欧拉法进行离散化可得电感电流 k、k+1时刻的值：

23、；（7）

24、预测模型的代价函数为：

25、；（8）

26、将式(7)代入式(6)得到 k+1时刻两相电感电流的离散模型：

27、；（9）

28、将式将式(9)代入式(8)得到dc/dc变换器预测模型的代价函数：

29、；（10）

30、将 k+1时刻的电流参考值近似为 k时刻的电流参考值：

31、；（11）

32、假设电感电流、在一个周期内达到电流参考值、,则两相交错并联双向 buck/boost变换器的控制律可通过以下方法求得：将代价函数g1、g2对 d1( k)、 d2( k)求偏导，令偏导g1*、g2*等于0，得到占空比 d1( k)、 d2( k)的最优值和最佳开关状态：

33、；（12）

34、若电感电流、在一个周期内无法达到电流参考值，则需要考虑饱和函数：

35、；（13）

36、式中：i=(1，2)，此时的电流参考值的计算需要根据功率平衡方程，即dc/dc变换器的输出功率等于输入功率，则有：

37、；（14）

38、式中 udcref( k+1)为直流母线电压 k+1时刻参考值， idc( k+1)为直流母线电流 k+1时刻的值。

39、上述的step3具体包括：

40、由于输入电压 vin和输出电流 idc是可变的，因此引入基于观测器的自适应律；为了表述方便，将dc/dc变换器的数学模型表达式式(1)改为：

41、；（15）

42、式中： x1、 x2为两相电感电流 il1、 il2， x1*、 x2*为两相电感电流对时间的导数、, x3为电容电压， x3*为电容电流对时间的导数；则观测器如下：

43、；（16）

44、式中： k1>0、 k2>0、 k3>0为观测器增益系数；、、为 x1、 x2、 x3的估计值；、、为、、的估计值，令、、；、、、、、可得式子如下：

45、；（17）

46、为了得到自适应律，选择 lyapunov函数如下：

47、；（18）

48、式中：、为自适应增益系数，当>0,>0时为自适应增益。对 lyapunov函数进行求导化简得到 v*( x)如下：

49、；（19）

50、其中为的导数；是的导数；

51、根据李雅普诺夫稳定性定理，如果李雅普诺夫函数 v( x)>0且 v*( x)<0，则观测器指数稳定，根据式(19)分析，若要 v*( x)<0，则需 v*( x)后两项等于0：、，、，考虑到 vin为常数，则 vin*为0，因此可得：

52、。（20）

53、本发明提供的一种基于两级式pcs前级dc/dc变换器的连续集模型预测控制方法，首先根据两级式pcs的工作原理，建立其前级dc/dc变换器和后级dc/ac变换器的数学模型；其次采用前向欧拉法得到电感电流的离散化模型，引入代价函数，得到dc/dc变换器的预测模型设计出前级dc/dc变换器的连续集模型预测控制控制器，根据 lyapunov定理证明连续集模型预测控制方法的稳定性；降低了直流母线电压动态响应时间，减少了并网电流总谐波含量，提高了电网电能质量。