一种用于储能变换器的功率前馈电感参数辩识方法和系统与流程

1.本发明属于储能变换器技术领域，具体涉及一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法和系统。


背景技术：

2.由于社会的不断进步，世界各国高度关注人类对于新能源的需求问题。如何有效开发、储存和利用能源，一直是人们要急需解决的难题。随着我国在能源消费和节能减排方面发展，为智能电网迅速发展注入了强大的驱动力。随着智能电网的发展，微电网作为其中一个重要成果也得到了越来越多的关注，在考虑分时电价的情景下，调节微电网系统的光储充放电直接影响到运维经济成本和电力系统的稳定性。
3.现在电池储能技术高速发展，发电厂及用户侧已配置大量电池储能系统，用于平滑出力波动或降低用电成本等。相应地，各种各样的先进控制算法被提出：如有学者提出最佳运行各类微电源策略，使微电网的年成本费用最小；有学者提出优化微电网调度，提高可再生能源利用效率；有学者提出一种面向用户的多种运行模式的 v2g（车辆到电网）方案，降低了用电高峰值等。
4.尽管针对储能微电网系统，已经有各种各样的先进控制算法被相继提出。然而，在这些先进的控制方法中，隔离型直流储能变换器往往需要准确的电感参数来实现变换器的精确控制。如果电感参数出现偏移，则这些先进控制算法的准确性和控制性能将会大打折扣。因而如何实现隔离型直流储能变换器的串联电感参数的在线准确辩识是亟须解决的关键问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在解决针对储能微电网系统的各种先进控制方法中，隔离型直流储能变换器的电感参数出现偏移可能会导致这些先进控制算法的准确性和控制性能降低的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种用于储能变换器的功率前馈电感参数辩识方法，适用于隔离型直流储能变换器，包括如下步骤：基于不同调制方式下隔离型直流储能变换器的功率模型确定对应调制方式下的第一输出电流模型；根据第一输出电流模型确定稳态条件下的第二输出电流模型；基于第二输出电路模型确定实际离散采样系统中隔离型直流储能变换器满足的约束条件，约束条件用于确定控制周期、输出电流和串联电感参数之间的约束关系；基于约束条件分别定义关于控制周期的第一参数和输出电流的第二参数，第一参数和第二参数成正比例关系；将第一参数和第二参数的比例系数作为隔离型直流储能变换器的串联电感参数。
7.进一步地，若调制方式为单重相移调制时，第二输出电流模型具体为：式中，表示输出电流，表示隔离型直流储能变换器的电池侧电压，表示控制周期，表示变换器的变比，表示隔离型直流储能变换器的串联电感，表示相移量。
8.进一步地，约束条件的表达式具体为：式中，表示第k个采样周期下相移量的稳态值，和表示第k个采样周期下输出电流和电池电压的稳态值。
9.进一步地，基于约束条件分别定义关于控制周期的第一参数和输出电流的第二参数，具体按照下式进行：式中，为所述第一参数，为所述第二参数。
10.进一步地，还包括：利用基于递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法对串联电感参数进行自适应滤波，自适应滤波按照下式进行：
式中，表示第k个采样周期的误差，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k个采样周期的电感计算量，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k-1个采样周期的电感计算量，遗忘因子用来调整原始数据对于当前周期计算结果的影响程度，当遗忘因子接近于1时，表示计算结果更多的取决于之前的数据，而当遗忘因子接近于0时，表示计算结果更多的取决于最新的数据；和分别表示第k个采样周期的第一中间变量值和第二中间变量值，表示第k-1个采样周期的第一中间变量值。
11.第二方面，本发明提供了一种用于储能变换器的功率前馈电感参数辩识系统，适用于隔离型直流储能变换器，包括：第一输出电流模型确定单元，用于基于不同调制方式下隔离型直流储能变换器的功率模型确定对应调制方式下的第一输出电流模型；第二输出电流模型确定单元，用于根据第一输出电流模型确定稳态条件下的第二输出电流模型；约束条件确定单元，用于基于第二输出电路模型确定实际离散采样系统中隔离型直流储能变换器满足的约束条件，约束条件用于确定控制周期、输出电流和串联电感参数之间的约束关系；参数定义单元，用于基于约束条件分别定义关于控制周期的第一参数和输出电流的第二参数，第一参数和第二参数成正比例关系；电感参数辨识单元，用于将第一参数和第二参数的比例系数作为隔离型直流储能变换器的串联电感参数。
12.进一步地，若调制方式为单重相移调制时，第二输出电流模型确定单元确定的第二输出电流模型具体为：式中，表示输出电流，表示隔离型直流储能变换器的电池侧电压，表示
控制周期，表示变换器的变比，表示隔离型直流储能变换器的串联电感，表示相移量。
13.进一步地，约束条件确定单元确定的约束条件的表达式具体为：式中，表示第k个采样周期下相移量的稳态值，和表示第k个采样周期下输出电流和电池电压的稳态值。
14.进一步地，参数定义单元定义第一参数和第二参数，具体按照下式进行：式中，为第一参数，为第二参数。
15.进一步地，还包括：自适应滤波单元，用于利用基于递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法对串联电感参数进行自适应滤波，自适应滤波按照下式进行：式中，表示第k个采样周期的误差，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k个采样周期的电感计算量，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k-1个采样周期的电感计算量，遗忘因子用来
调整原始数据对于当前周期计算结果的影响程度，当遗忘因子接近于1时，表示计算结果更多的取决于之前的数据，而当遗忘因子接近于0时，表示计算结果更多的取决于最新的数据；和分别表示第k个采样周期的第一中间变量值和第二中间变量值，表示第k-1个采样周期的第一中间变量值。
16.综上，本发明提供了一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法和系统，其中本发明提供的方法包括基于不同调制方式下隔离型直流储能变换器的功率模型确定对应调制方式下的第一输出电流模型；根据第一输出电流模型确定稳态条件下的第二输出电流模型；基于第二输出电路模型确定实际离散采样系统中隔离型直流储能变换器满足的约束条件；基于约束条件分别定义关于控制周期的第一参数和输出电流的第二参数，第一参数和第二参数成正比例关系；将第一参数和第二参数的比例系数作为隔离型直流储能变换器的串联电感参数。本发明通过以隔离型直流储能变换器在传统调制方式下的功率模型为基础，推导了串联电感的辨识模型，该方法可以实现隔离型直流储能变换器的串联电感参数实时在线辩识以提高先进控制算法的准确性，同时该方法可以消除诸如开关死区、寄生参数、器件压降等因素导致的辩识误差，提高电感参数辩识的准确性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
18.图1为本发明实施例提供的一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的隔离型直流储能变换器的电路结构图；图3为本发明实施例提供的功率前馈电感参数辨识方法的控制框图。
具体实施方式
19.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.由于社会的不断进步，世界各国高度关注人类对于新能源的需求问题。如何有效开发、储存和利用能源，一直是人们要急需解决的难题。随着我国在能源消费和节能减排方面发展，为智能电网迅速发展注入了强大的驱动力。随着智能电网的发展，微电网作为其中一个重要成果也得到了越来越多的关注，在考虑分时电价的情景下，调节微电网系统的光储充放电直接影响到运维经济成本和电力系统的稳定性。
21.现在电池储能技术高速发展，发电厂及用户侧已配置大量电池储能系统，用于平
滑出力波动或降低用电成本等。相应地，各种各样的先进控制算法被提出：针对微电网能量优化调度方法考虑了灵活性与经济性相协同的问题，有学者提出最佳运行各类微电源策略，使微电网的年成本费用最小。同时，考虑了需求侧的负荷响应，改进了对内部搜索算法，对微电网优化。此外，有学者提出优化微电网调度是提高可再生能源利用效率的重要途径之一，提出基于粒子群优化算法，对一个包括光电、风力、柴油机和电池在内的微电网系统进行了优化。同时面对用电需求的程度越来越大，为了降低用电高峰值，有学者提出一种面向用户的多种运行模式的v2g（车辆到电网）方案，使更多的ev参与v2g运行进行协调充电，削峰填谷降低电网峰值。此外，考虑了风力发电，面对多变的功率变化，以储能soc（荷电状态）运行状态最优为目标，选用了pso（粒子群算法）对储能系统容量优化，进行求解计算。进一步地，面对电网的经济调度问题，改进pso优化算法求解。考虑自平衡约束，优化粒子群算法来优化容量配置。针对分时电价利用灰狼算法进行优化求解，实现经济最优。
22.尽管针对储能微电网系统，已经有各种各样的先进控制算法被相继提出。然而，在这些先进的控制方法中，隔离型直流储能变换器往往需要准确的电感参数来实现变换器的精确控制。如果电感参数出现偏移，则这些先进控制算法的准确性和控制性能将会大打折扣。因而如何实现隔离型直流储能变换器的串联电感参数的在线准确辩识是亟须解决的关键问题。
23.基于此，本发明提供了一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法和系统。
24.首先对隔离型直流储能变换器的电路结构进行简单说明。如图2所示，隔离型直流储能变换器的电路结构中，表示隔离型直流储能变换器的输出功率，和分别表示隔离型直流储能变换器的电池侧电压和输出电压，表示控制周期，表示变压器的变比，表示隔离型直流储能变换器的串联电感，表示单重相移调制下的相移量。
25.以下对本发明的一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法的实施例进行详细的介绍。
26.请参阅图1，本实施例提供了一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法，包括如下步骤：s100：基于不同调制方式下隔离型直流储能变换器的功率模型确定对应调制方式下的第一输出电流模型。
27.针对隔离型直流储能变换器，其调制方式包括单重相移调制、双重相移调制以及三重相移调制。在不同的调制方式下，变换器具有不同数量的可控自由度。在稳态工作条件下，隔离型直流储能变换器通过控制储能电池的充放电电流来实现储能电池模块的充电和放电。以单重相移调制为例，隔离型直流储能变换器的功率模型可以表示为，（1）其中，表示隔离型直流储能变换器的输出功率，和分别表示隔离型直
流储能变换器的电池侧电压和输出电压，表示控制周期，表示变压器的变比，表示隔离型直流储能变换器的串联电感，表示单重相移调制下的相移量。
28.在此基础上，隔离型直流储能变换器在单重相移调制下的输出电流模型可以表示为，（2）其中，表示隔离型直流储能变换器在单重相移调制下的输出电流。
29.由上式可知，稳态运行条件下，隔离型储能直流变换器的负载电流独立于输出电压，即可以根据变换器的负载电流来进一步推导变换器的优化相移量。在传统的输出电压闭环控制方法中，变换器的动态响应速度是比较缓慢的，这是因为变换器的相移量1主要根据输出电压的误差来进行调节。当负载发生突变时，输出电压的变化是比较小的，所以变换器的相移量无法快速调节。然而当变换器的负载发生突变时，变换器的输出电流却可以瞬间突变。因而，变换器的优化相移量可以根据输出电流来进行推导，即，（3）其中，表示隔离型直流储能变换器在单重相移调制下的输出电流基准，满足，（4）s200：根据第一输出电流模型确定稳态条件下的第二输出电流模型。
30.根据隔离型直流储能变换器在单重相移调制下的输出电流模型，在稳态条件下，输出电流模型可以进一步表示为，（5）
s300：基于第二输出电路模型确定实际离散采样系统中隔离型直流储能变换器满足的约束条件，约束条件用于确定控制周期、输出电流和串联电感参数之间的约束关系。
31.基于步骤s200的第二输出电路模型，进一步地，输出电流模型可以表示为，（6）考虑到在实际的离散采样系统中，隔离型储能直流变压器的输出电流、电池侧电压以及相移量应该满足一下约束条件，即，（7）其中，表示第k个采样周期下相移量的稳态值，和表示第k个采样周期下输出电流和电池电压的稳态值。
32.s400：基于约束条件分别定义关于控制周期的第一参数和输出电流的第二参数，第一参数和第二参数成正比例关系。
33.为了便于实现串联电感的在线参数辩识，分别定义和，满足和成正比例关系，同时比例系数即为串联电感系数，（8）s500：将第一参数和第二参数的比例系数作为隔离型直流储能变换器的串联电感参数。
34.除此之外，在电感参数辩识算法的实际实施中总会存在采样噪声，因而电感参数的计算也会存在采样噪声。因而，为了实现电感参数在线辩识的动态响应和控制环路的动态响应相互解耦，提出了基于递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法，以实现串联电感参数的实时辩识。具体地，实现递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法的步骤为，
（9）式中，表示第k个采样周期的误差，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k个采样周期的电感计算量，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k-1个采样周期的电感计算量，遗忘因子用来调整原始数据对于当前周期计算结果的影响程度，当遗忘因子接近于1时，表示计算结果更多的取决于之前的数据，而当遗忘因子接近于0时，表示计算结果更多的取决于最新的数据；和分别表示第k个采样周期的第一中间变量值和第二中间变量值，表示第k-1个采样周期的第一中间变量值。
35.基于上述步骤，对于隔离型直流储能变换器的控制方法为，首先检测隔离型储能直流变压器的输入电压、输出电压和输出电流；然后采用输出电压闭环的比例积分控制器来实现实时控制；同时，结合采样得到的输出电压、输入电压和输出电流，采用基于递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法对变换器的电感参数进行实时辩识；最后，基于所得到的辩识电感参数，结合所推导的隔离型储能直流变压器的电流模型完成变换器的功率前馈控制以提高储能直流变换器的动态响应速度。
36.图3为所提出的电感参数辨识方法的控制框图，在该图中通过将变换器的输出电压vo与参考电压v
ref
进行比较，然后将电压误差送到比例积分控制器gc(s)中，计算出用于实现变换器电压控制的相移量δф，然后采样变换器的输出电流经过式（3）所述的电流前馈控制器输出前馈相移量фm进行叠加，所得到的最终相移量ф经过变换器的相移量-输出电压传递函数即可得到变换器的实际输出电流，然后经过变换的等效输出阻抗模型z
out
(s)即可获得实际输出电压。
37.本实施例提供了一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法，以功率前馈控制算法为例，首先分析了隔离型直流储能变换器在传统的单相移调制下的功率模型，并进一步推导了对应的电流模型。在此基础上，推导了变换器在功率前馈控制算法下的前馈相移量计算方法；同时，以直流储能变换器的电流模型为基础，推导了串联电感的辨识模型；为了提高辩识准确性并抑制采样噪声，提出了基于递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法，以实现串联电感参数的实时辩识。
38.本实施例所提出的隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辩识方法，可以实现隔离型直流储能变换器的串联电感参数实时在线辩识以提高先进控制算法的准确性，同
时该方法可以消除诸如开关死区、寄生参数、器件压降等因素导致的辩识误差，提高电感参数辩识的准确性。
39.以上是对本发明的一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识方法的实施例进行的详细介绍，以下将对本发明的一种用于隔离型直流储能变换器的功率前馈电感参数辨识系统的实施例进行详细的介绍。
40.本实施例提供了一种用于储能变换器的功率前馈电感参数辩识系统，适用于隔离型直流储能变换器，包括：第一输出电流模型确定单元，用于基于不同调制方式下隔离型直流储能变换器的功率模型确定对应调制方式下的第一输出电流模型。
41.第二输出电流模型确定单元，用于根据第一输出电流模型确定稳态条件下的第二输出电流模型。
42.需要说明的是，若调制方式为单重相移调制时，第二输出电流模型确定单元确定的第二输出电流模型具体为：式中，表示输出电流，表示隔离型直流储能变换器的电池侧电压，表示控制周期，表示变换器的变比，表示隔离型直流储能变换器的串联电感，表示相移量。
43.约束条件确定单元，用于基于第二输出电路模型确定实际离散采样系统中隔离型直流储能变换器满足的约束条件，约束条件用于确定控制周期、输出电流和串联电感参数之间的约束关系。
44.需要说明的是，约束条件确定单元确定的约束条件的表达式具体为：式中，表示第k个采样周期下相移量的稳态值，和表示第k个采样周期下输出电流和电池电压的稳态值。
45.参数定义单元，用于基于约束条件分别定义关于控制周期的第一参数和输出电流的第二参数，第一参数和第二参数成正比例关系。
46.需要说明的是，参数定义单元定义第一参数和第二参数，具体按照下式进行：
式中，为第一参数，为第二参数。
47.电感参数辨识单元，用于将第一参数和第二参数的比例系数作为隔离型直流储能变换器的串联电感参数。
48.除此之外，本实施例提供的系统还包括自适应滤波单元，用于利用基于递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法对串联电感参数进行自适应滤波，自适应滤波按照下式进行：式中，表示第k个采样周期的误差，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k个采样周期的电感计算量，表示递推最小二乘算法的电感参数辩识自适应滤波算法下第k-1个采样周期的电感计算量，遗忘因子用来调整原始数据对于当前周期计算结果的影响程度，当遗忘因子接近于1时，表示计算结果更多的取决于之前的数据，而当遗忘因子接近于0时，表示计算结果更多的取决于最新的数据；和分别表示第k个采样周期的第一中间变量值和第二中间变量值，表示第k-1个采样周期的第一中间变量值。
49.需要说明的是，本实施例通过的电感参数辨识系统用于实现前述实施例提供的电感参数辨识方法，各单元的具体设置均已完整实现该方法为准，在此不再赘述。
50.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例
对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。