[发明专利]燃料电池DC/DC升压变换器控制方法及系统

说明书

本发明提出了一种燃料电池DC/DC升压变换器控制方法及系统，本发明的电压外环滑模控制器和电流内环滑模控制器都是基于超螺旋算法的二阶滑模控制方法设计得到，电压外环滑模控制器保证输出电压稳定在期望的电压值，并为电流内环提供参考电流，电流内环滑模控制器保证实际燃料电池输出电流跟踪到内环参考电流，能快速的跟踪目标值，负载变化时的稳态误差较小，可有效地抑制抖振现象，降低燃料电池输出电流纹波，对输入电感、输出电容、输入电压和负载电阻等参数的变化具有鲁棒性。

技术领域

本发明涉及DC/DC变换器技术领域，尤其涉及一种燃料电池DC/DC升压变换器控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着新能源发电技术的快速发展，燃料电池逐渐成为新能源领域的研究热点，但是在以燃料电池为电力能源的系统中，由于燃料电池输出电压受输出功率影响严重、电压范围变化大且输出电压较低等缺点，使得燃料电池不能够满足工业用电需求，需要通过功率调节系统，使燃料电池的输出变为稳定的直流电或逆变并网成为符合工业或日常生活的用电。燃料电池用DC/DC变换器是燃料电池发电设备中功率调节的重要设备，是燃料电池能够用于其他设备的基本前提。

燃料电池用DC/DC变换器主要功能是将燃料电池输出大范围变化、不稳定的、低压直流电转换为高质量、高电压、稳定的直流电，其输出电能质量直接关系到用电设备的正常使用以及整个系统设备的安全和使用寿命。为了保证燃料电池以及用电设备的正常使用和安全，一个具有高稳定性、强鲁棒性以及快的动态特性的DC/DC升压变换器必不可少，而控制策略是决定变换器的稳态精度、动态性能以及鲁棒性的关键。滑模控制以其结构简单、鲁棒性强、收敛速度快等优点得到了广泛应用，然而传统滑模控制由于控制律的离散性存在不可避免的抖振问题，严重影响滑模控制的效果，甚至损坏控制系统。

发明内容

有鉴于此，一方面，本发明提出了一种燃料电池DC/DC升压变换器控制方法，以解决传统升压变换器滑模控制方法存在抖振现象的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种燃料电池DC/DC升压变换器控制方法，包括：

步骤S1，建立升压变换器的状态空间数学模型；

步骤S2，计算升压变换器输出电压与参考电压的误差的积分并定义为外环滑模变量；

步骤S3，根据外环滑模变量、状态空间数学模型并采用超螺旋滑模控制设计电压外环滑模控制器，得到升压变换器的内环参考电流；

步骤S4，计算升压变换器实际燃料电池输出电流与内环参考电流的误差并定义为内环滑模变量；

步骤S5，根据内环滑模变量、状态空间数学模型并采用超螺旋滑模控制设计电流内环滑模控制器，得到升压变换器的占空比。

可选的，步骤S1中，状态空间数学模型采用状态空间平均法建立。

可选的，状态空间数学模型为：

记状态空间数学模型为式①，式中U_o为升压变换器的输出电压，t为时间，R为负载阻抗，C为输出电容值，I_fc为实际燃料电池输出电流，L为输入电感值，E为燃料电池输出电压，u为占空比。

可选的，步骤S3包括：

根据公式②计算外环滑模变量的二阶导数，式中s₁为外环滑模变量，U_ref为参考电压；