[发明专利]一种实现电流应力优化及多目标解耦的控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种实现电流应力优化及多目标解耦的控制方法及系统，属于直流变换器控制领域，方法包括：将小信号模型矩阵表达式中的系数矩阵转换为对角矩阵与转换矩阵的乘积，以将各DAB模块输入电压、直流变压器输出电压的控制进行解耦；根据解耦之后矩阵表达式中的控制关系式分别进行输出稳压控制、以及各DAB模块的输入均压控制；分别计算令各DAB模块的电流应力最小且传输功率为标幺化传输功率时各DAB模块的最优桥内移相角和最优桥间移相角，以控制各DAB模块的桥内移相角和桥间移相角。该控制方法实现直流变压器输出电压的精准控制、各DAB模块输入电压的均衡控制以及各DAB模块电流应力最小化这三个控制目标之间的相互解耦，提高变压器的运行效率。

技术领域

本发明属于直流变换器控制领域，更具体地，涉及一种实现电流应力优化及多目标解耦的控制方法及系统。

背景技术

随着智能电网的发展，分布式能源及储能系统的灵活接入成为智能电网的重要目标。直流配电网可以有效解决分布式能源的高效利用与储能系统的灵活接入等问题，逐渐取代传统交流配电网。直流固态变压器为直流配电网的核心装置，通过电力电子变换器实现电能的变换与分配。高性能的直流变换器对直流配电网的发展具有重要意义。直流变换技术是直流固态变压器的关键技术。隔离型双有源桥(Dual Active Bridge，DAB)直流/直流变换器可以实现能量双向传输，在大范围内实现软开关，并且具有控制灵活等优点，在直流变压器中得到了广泛应用。

为满足电力系统中高压大功率应用的需求，直流变压器通常采用多个输入串联、输出并联的DAB变换器形成级联型模块化结构。对于直流变压器而言，首先需要精准控制输出电压；其次，为了保证各DAB模块的运行安全，需要保证各DAB模块输入电压的均衡控制；最后，需要提升直流变压器的效率，DAB模块中储能电感的电流应力直接影响效率，因此，需要解决各DAB模块中电流应力最小化的问题。然而，这些控制目标之间存在着很强的耦合，为直流变压器的控制带来了诸多难度。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种实现电流应力优化及多目标解耦的控制方法及系统，其目的在于实现直流变压器输出电压的精准控制、各DAB模块输入电压的均衡控制以及各DAB模块电流应力最小化这三个控制目标之间的相互解耦，提高变压器的运行效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种实现电流应力优化及多目标解耦的控制方法，用于控制直流变压器，所述直流变压器包括多个输入串联、输出并联的DAB模块，方法包括：S1，基于各DAB模块的输入电压、传输功率以及所述直流变压器的输出电压确定小信号模型的矩阵表达式；S2，将所述矩阵表达式中的系数矩阵转换为对角矩阵与转换矩阵的乘积，以将各DAB模块的输入电压以及所述输出电压的控制进行解耦；S3，对所述直流变压器进行输出稳压控制，并输出第一传输功率中间量，分别根据各DAB模块的输入电压测量值对各DAB模块进行输入均压控制，并输出各DAB模块对应的第二传输功率中间量；S4，计算令任一DAB模块的电流应力最小且传输功率为标幺化传输功率时所述任一DAB模块的最优桥内移相角和最优桥间移相角，所述标幺化传输功率为所述第一传输功率中间量与第二传输功率中间量的差值，重复所述计算以得到每一DAB模块的最优桥内移相角和最优桥间移相角；S5，控制各DAB模块的桥内移相角和桥间移相角分别等于其最优桥内移相角和最优桥间移相角。

更进一步地，所述小信号模型的矩阵表达式为：

其中，为第j个DAB模块的输入电压的扰动量，j＝1,2,…,N，N为直流变压器中DAB模块的个数，为输出电压的扰动量，为第j个DAB模块的传输功率的扰动量，H(s)为所述系数矩阵，A(s)为第一系数，B(s)为第二系数。

更进一步地，转换后所述系数矩阵H(s)为：

其中，Y(s)为转换矩阵。