[发明专利]适用于直流微电网的双级Boost变换器的MPC控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，该双级Boost变换器为主电路为两个Boost电路级联构成，该控制方法首先实时采样双级Boost变换器中的输入电压、电流，中间级电容电压，后级电感电流，输出电压、电流。然后实时计算电路负载、后级Boost电路开关管的占空比和前级Boost电路开关管的占空比；最后将计算得到的开关函数发送给PWM波调制模块，所述调制模块再根据开关函数调制出相应的开关管PWM波开关信号完成对该双级Boost变换器的控制。本发明电路结构简单，有效提高了电路升压变比，控制算法简便，使得电路在发生负载突变时，出口电压能快速恢复，显著提升变换器出口电压质量。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种适用于直流微电网的双级Boost的新型MPC(Model Predictive Control,MPC)控制方法。

背景技术

近年来，随着“微电网”概念的提出和光伏发电，风力发电等清洁能源发电技术的发展，直流微电网得到大力发展。目前国内外对直流微电网的研究重点主要集中在系统的电压控制、保护和分布式电源管理等方面，对微电网电能质量问题的研究较少。随着工业技术的发展，电能质量的要求变得越来越高。为了给用户提供高质量的直流电能以及发展直流供电技术、推广实际工程，研究直流变换电路及其控制技术意义重大。

模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)是产生于20世纪70年代后期的一种计算机控制算法，它的概念直观、易于建模、无需精确模型和复杂控制参数设计，对克服工业控制过程中的非线性及不确定性等问题有非常好的效果。随着微处理器的发展和应用，模型预测控制逐渐地被应用到电力电子系统中，其中离散状态的有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-MPC,FCS-MPC)直接利用了变换器的离散特性和开关状态有限的特性，这些显著的优点让其成为电力电子系统模型预测控制研究的热点。

Boost变换器是直流微电网中最为基本且常见的变换器，目前大多数Boost变换器的MPC控制策略由于代价函数和电路参数相关，当电路参数发生改变时，控制效果随即受到影响。为解决此问题，有学者们将具有自适应能力的PI模块，PID模块同MPC结合，提出新的级联算法。但同样的，这类算法也存在控制结构复杂，动态过程缓慢，参数整定耗时长的问题。

发明内容

针对上述现有控制方法存在的问题，本发明提供一种适用于直流微电网的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，该控制算法简化了控制结构和计算量，优化了动态过程，设计的双级Boost变换器通过此控制算法能快速实现负载投切时的动态电压恢复。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于直流微电网的双级Boost变换器，由两个Boost电路级联构成，用以突破单级电路限制，在负载突变时能加快动态恢复过程，极大程度的减小出口电压跌落。

本发明还提供了根据电路模型和控制目标设计的双级Boost变换器的新型MPC控制方法，包括以下步骤：

(1)对双级Boost变换器中的输入电压u_s(k)，输入电流i_s(k)，中间级电容电压u₂(k)，后级电感电流i_L2(k)，输出电压u_dc(k)，输出电流i_dc(k)进行实时采样，其中，k表示采样时刻。

(2)实时计算电路负载R、后级Boost电路开关管的占空比n₂和前级Boost电路开关管的占空比n₁：

R＝u_dc(k)/i_dc(k)