[发明专利]基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法

权利要求书

1.基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法，其特征在于，用于直流微电网系统的直流母线电压控制，所述直流微电网系统包括分布式电源(1)、负载(2)以及储能单元(3)，分布式电源(1)和储能单元(3)通过直流母线与负载(2)相连，其中，分布式电源(1)为光伏发电系统或风力发电系统，储能单元(3)的主电路拓扑选择DAB型DC-DC变换器，所述DAB型DC-DC变换器包括两个对称的H桥变换器和高频变压器；所述直流母线电压外环控制方法具体过程为：首先通过模型预测控制算法得到k时刻内环充放电电流的给定值然后再通过模糊补偿控制算法得到模糊控制输出量Δk，再将Δk与恒定控制系数k相加，再与k时刻储能单元输入电流平均值相乘作为内环充放电电流给定的补偿电流Δi_bat，再将内环充放电电流给定的补偿电流Δi_bat与k时刻内环充放电电流的给定值相加得到修正后的内环充放电电流给定值，然后对修正后的内环充放电电流给定值进行限幅，得到限幅后的内环充放电电流给定值i_bref，完成直流母线电压外环控制。

2.根据权利要求1所述的基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法，其特征在于，所述通过模型预测控制算法得到k时刻内环充放电电流的给定值的具体过程为：

将k时刻储能单元输入电流平均值k时刻直流母线电压平均值k时刻次级侧H桥变换器输出电压平均值k时刻次级侧H桥变换器输出电流平均值k时刻锂电池充放电电流采样平均值以及直流母线电压给定值输入到模型预测控制算法的公式中，得到k时刻内环充放电电流的给定值其中，C_in是直流母线侧支撑电容，T表示采样周期。

3.根据权利要求2所述的基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法，其特征在于，所述通过模型预测控制算法得到k时刻内环充放电电流的给定值的过程如下：

步骤1.1，定义DAB型DC-DC变换器的开关函数S_a、S_b：

式中，S1到S8为变换器中两个对称H桥的8个开关管；

步骤1.2，计算模型预测控制算法的公式(13)

在一个采样周期内，初级侧H桥变换器连接直流母线处的节点电流状态方程为：

式中，C_in是直流母线侧支撑电容，表示直流母线电压平均值，表示储能单元输入电流平均值，表示初级侧H桥变换器的输入电流平均值；

采用欧拉前向法对式(3)进行离散化，可得：

式中，是k时刻直流母线电压平均值，是k+1时刻直流母线电压平均值，T表示采样周期，表示k时刻储能单元输入电流平均值，表示k时刻初级侧H桥变换器的输入电流平均值；

通过式(3)和式(4)，得到k+1时刻直流母线电压平均值表达式

又由于，

式中，表示k时刻次级侧H桥变换器的输出电流平均值，用代替，n为高频隔离变压器初级侧与次级侧的线圈匝数之比，表示k时刻次级侧H桥变换器的输出电压平均值，P为传输功率；

则通过式(6)，初级侧H桥变换器的输入电流平均值通过次级侧H桥变换器的输出电流表示的表达式为：

为了对直流母线电压进行控制，根据式(5)建立评价函数f：

式中，表示直流母线电压给定值；

将式(7)代入式(8)，将次级侧H桥变换器的输出电流与稳定直流母线电压联系起来，二者之间关系如下：

由式(9)可以看出，评价函数越小，表示下一时刻直流母线电压与给定参考电压的偏差越小，从而达到控制直流母线电压稳定的目的，因此，所选取的次级侧H桥变换器的输出电流应该使得式(9)所表示的评价函数最小，即

因此，次级侧H桥变换器的输出电流以及充放电电流表示为

式中，表示k时刻次级侧H桥变换器输出滤波电容c₂电流平均值，表示k时刻锂电池端支撑电容c₃电流平均值，表示k时刻内环充放电电流的给定值；

由于电容电流不好测量，所以以次级侧H桥变换器的输出电流减去次级侧H桥变换器输出电流和充放电电流的采样值，作为内环充放电电流的给定值，联合式(11)，得：

式中，表示采样的k时刻次级侧H桥变换器的输出电流平均值，表示k时刻锂电池充放电电流采样平均值；

由式(11)和式(12)联合得到模型预测控制算法的公式(13)，即就是k时刻内环充放电电流的给定值