[发明专利]多DC-DC并联的功率变换器系统模型预测控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种适用于多台DC‑DC并联的功率变换器系统模型预测控制方法及系统，不仅无需复杂的参数整定，而且能够同时实现动力电池充放电过程的高动态响应速度与无超调控制，该方法通用性强、灵活性高，可推广应用于n台DC‑DC并联的功率变换器系统。该方法包括以下步骤：采集当前时刻功率变换器系统的电流量和电压量，预测每台DC‑DC对应的下一时刻桥臂侧电感的电流值；构建功率变换器系统的代价函数，并利用每台DC‑DC对应的桥臂侧电感电流预测值求解功率变换器系统的代价函数，选取出最小代价函数，将最小代价函数对应的开关状态作为功率变换器系统的控制信号。

技术领域

本公开涉及动力电池充放电领域，具体涉及一种适用于多台DC-DC并联的功率变换器系统模型预测控制方法及系统。

背景技术

通过多个DC-DC并联满足实际功率需求，已成为大功率电力电子装备最有效的设计方法之一。以动力电池充放电系统为例，随着大容量电池包的广泛应用，其测试仪器、充放电设备等都需要输出较大功率或能量，电池侧的多DC-DC并联结构成为首选。如图1所示，动力电池充放电系统主要由工频隔离或高频隔离、AC-DC、DC-DC三部分组成。其中，AC-DC实现交流与直流电能之间的相互转换；DC-DC则直接完成对动力电池的充放电控制，决定着仪器设备的充放电转换时间等主要性能指标，遂对控制电压电流方法的动态响应速度提出了高要求。

发明人在研发过程中，发现常用的传统PI控制方法，不仅参数整定复杂并随着多DC-DC并联复杂度急剧增加，而且无法同时满足电池充放电过程的高动态响应速度和无超调的特殊需求。因此，如何设计一种多DC-DC并联的功率变换器系统模型预测控制方法，无需复杂的参数整定，能够同时实现动力电池充放电过程的高动态响应速度与无超调控制，仍是待解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种适用于多台DC-DC并联的功率变换器系统模型预测控制方法及系统，不仅无需复杂的参数整定，而且能够同时实现动力电池充放电过程的高动态响应速度与无超调控制，该方法通用性强、灵活性高，可推广应用于n台DC-DC并联的功率变换器系统。

本公开所采用的技术方案是：

一种多DC-DC并联的功率变换器系统模型预测控制方法，该方法包括以下步骤：

采集当前时刻功率变换器系统的电流量和电压量，预测每台DC-DC对应的下一时刻桥臂侧电感的电流值；

构建功率变换器系统的代价函数，并利用每台DC-DC对应的桥臂侧电感电流预测值求解功率变换器系统的代价函数，选取出最小代价函数，将最小代价函数对应的开关状态作为功率变换器系统的控制信号。

进一步的，所述功率变换器系统的电流量包括每台DC-DC对应的当前时刻桥臂侧电感的电流；所述功率变换器系统的电压量包括每台DC-DC对应的当前时刻输入电压和输出侧电容两端的电压。

进一步的，所述预测每台DC-DC对应的下一时刻桥臂侧电感的电流值的步骤包括：

基于功率变换器系统功率回路的数学模型，构建每台DC-DC在两种工作模式下的回路电压方程；

利用每台DC-DC对应的当前时刻桥臂侧电感的电流、每台DC-DC对应的当前时刻输入电压和输出侧电容两端的电压，对每台DC-DC在两种工作模式下的回路电压方程进行离散化处理，得到每台DC-DC在两种工作模式下对应的下一时刻桥臂侧电感的电流预测值。

进一步的，所述每台DC-DC在两种工作模式下的回路电压方程为：