本发明涉及功率直流变换器控制，尤其涉及一种提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法及装置。
背景技术：
1、可再生能源具有间歇性、波动性和不确定性的特点，随着新能源比例的不断提高，电网的稳定运行受到挑战。
2、储能其具备削峰填谷的功能，有利于提高电网系统的供电可靠性和运行的稳定性，近些年发展迅猛。以电池为核心的储能电站在负荷低谷时吸多余的电能进行储存，在高峰负荷时把存储的能量释放给系统负荷，参与电网的调峰调频。
3、双有源桥变换器因其具备隔离功能，相较于谐振变换器拥有较少的功率元件，且能够实现充放电模式的平滑切换，特别适用于电池充放电场合。单重移相dab变换器因其环流功率大，开关器件的关断电流应力高且轻载时难以实现软开通等，限制了系统功率的进一步提高。为解决此类问题，双重移相dab变换器通过引入额外的内移相角作为调节自由度，可显著拓宽轻载软开关范围，抑制环流功率，广泛应用于高压大功率场合。
4、双重移相dab变换器作为电池储能系统以及电池充放电测试系统中的核心组件，提高双重移相dab变换器的动态性能是提升储能系统运行性能的有效手段。然而，双重移相dab变换器因其引入了额外的移相自由度，具备多种工作模式，控制更加复杂，多种工作模式以及多重移相调节使其控制器参数整定困难。并且随着接入电池电压宽范围波动以及电流指令大幅度变化时，其动态特性难以维持最佳。
5、目前，双重移相dab变换器的控制部分仍以pi控制为主，在特定工况下整定的pi参数具有调节精度高，动态响应快，超调小的特点。但是，随着接入电池电压在宽范围变化，双重移相dab变换器的工作特性随之改变，此时传统pi控制难以维持其动态性能，无法实现宽电压范围内最优的动态调节。对此，有学者将模型预测控制引入到双重移相dab变换器，因其预测模型中包含了电池电压、电流相关信息，能够适应各种复杂工况，维持最优动态性能。但是，模型预测控制依赖电路参数的测量，实际运行时无法准确跟随电流参考指令，且建模过程复杂，工作量庞大。
6、故需要对现有技术进行改进和提高，提出一种提高双重移相dab变换器动态性能的模型预测pi控制方法，融合pi控制和模型预测控制的优势，使其不仅拥有高精度的电流控制能力，而且实现各种工况下优异的动态性能。
7、鉴于此，实有必要提供一种新型的提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法及装置以克服上述缺陷。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法及装置，解决现有pi控制方式下双重移相dab变换器在宽电压范围电池充放电领域所存在动态响应过慢或超调过大的问题。
2、为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是这样实现的：一种提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法，包括如下步骤：
3、s1：检测输入母线侧的实际电压v1、电池侧实际电压v2以及电池充放电电流ibat；
4、s2：将检测的母线侧的实际电压v1、电池侧实际电压v2以及电流参考指令值iref输入预测模型的pi控制器中计算获得本控制拍内的初始外移相角
5、s3：将电流指令iref和实际检测的电池充放电电流ibat作差得到电流误差信号ei并输入到pi控制器gic中得到本控制拍内的外移相角增量
6、s4：将初始外移相角和外移相角增量求和得出本控制拍内实际输出的外移相角根据实际输出的外移相角度检测的实际电压v1以及电池侧实际电压v2值判断此时双重移相dab变换器所处的工作模式，并输出相应工作模式下的内移相角
7、s5：将计算所得的外移相角和内移相角输入到dpwm脉冲生成模块生成驱动脉冲信号，以控制电池的充放电电流ibat快速跟随响应下发的电流参考指令值iref。
8、优选的，步骤s2中所述的预测模型的pi控制器的计算过程为：
9、
10、上式(1)中，l为功率电感值，fs为开关频率，n为变压器变比。
11、优选的，步骤s4中所述的双重移相dab变换器根据外移相角与实际电压v1、电池侧实际电压v2的大小关系将工作模式具体分为工作模式a和工作模式b，所述的工作模式a和工作模式b的判断依据为：
12、
13、上式(2)中，电压比m＝nv2/v1。
14、优选的，步骤s4中所述的相应工作模式下的内移相角的计算过程为：
15、
16、一种提高变换器动态性能的模型预测pi控制电路，包括：dc电源、双重移相dab变换器、电池以及数字控制系统；所述dc电源与双重移相dab变换器电性连接，所述双重移相dab变换器与电池电性连接，所述数字控制系统与双重移相dab变换器和电池电性连接。
17、优选的，所述双重移相变换器包括电容c1、mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4、mos管q5、mos管q6、mos管q7、mos管q8、高频变压器tr、励磁电感lm、输出滤波电容cf以及输出滤波电感lf；
18、所述电容c1的一端与dc电源的正极、mos管q1的漏极以及mos管q3的漏极电性连接，所述电容c1的另一端与dc电源的负极、mos管q2的源极以及mos管q4的源极电性连接，所述mos管q1的源极与mos管q2的漏极电性连接，所述mos管q3的源极与mos管q4的漏极电性连接，
19、所述励磁电感lm的一端与mos管q1的源极电性连接，所述励磁电感lm的另一端与高频变压器tr的一次绕组的一端电性连接，所述高频变压器tr的一次绕组的另一端与mos管q4的漏极电性连接，
20、所述mos管q5的源极与mos管q6的漏极电性连接，所述mos管q5的漏极与mos管q7的漏极、输出滤波电容cf的一端以及输出滤波电感lf的一端电性连接，所述mos管q6的源极与mos管q8的源极、输出滤波电容cf的另一端以及电池的负极电性连接，所述输出滤波电感lf的另一端与电池的正极电性连接，所述mos管q5的源极与mos管q6的漏极电性连接，所述mos管q7的源极与mos管q8的漏极电性连接，
21、所述高频变压器tr的二次绕组的一端与mos管q5的源极电性连接，所述高频变压器tr的二次绕组的另一端与mos管q8的漏极电性连接。
22、优选的，所述数字控制系统包括依次电性连接的预测模型、pi控制器、双重移相控制单元以及dpwm脉冲生成模块，所述预测模型与电池电性连接，所述输出滤波电感lf和pi控制器之间电性连接作差模块，所述dpwm脉冲生成模块与mos管q1～q8电性连接。
23、一种提高变换器动态性能的模型预测pi控制系统，包括：检测模块、作差模块、输入模块和控制模块，所述检测模块、作差模块、输入模块和控制模块相互电性连接；
24、检测模块，用于检测双重移相dab变换器的充放电装置中输入母线侧的实际电压v1、电池侧实际电压v2以及电池充放电电流ibat；将所述的实际电压v1、电池侧实际电压v2和电池充放电电流ibat输入到预测模型的pi控制器中，电池电流ibat输入到做差模块；
25、作差模块，用于将参考输出的电流参考指令值iref和电池充放电电流ibat作差得到电流误差信号ei；
26、计算模块，用于计算本控制拍内pi控制器的初始外移相角外移相角增量以及实际输出的外移相角度并计算相应工作模式下的内移相角
27、
28、控制模块，用于利用计算所得的外移相角度以及相应的内移相角获取驱动脉冲信号，以对所述充放电系统进行电流指令的快速跟随响应。
29、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行实现提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法的步骤。
30、与现有技术相比，有益效果在于：
31、1.本发明所提供的模型预测pi控制方法通过简化双重移相dab变换器的工作模型，得到每计算周期内pi控制器的初始移相值；通过pi控制器输出每计算周期内移相值的增量部分；两者叠加得到每计算周期实际输出的移相值。最后通过dpwm脉冲生成模块生成相应的驱动脉冲，从而控制变换器功率开关器件按一定规律导通与关断，实现在各种工况下对电池充放电电流指令的高精度快速跟随。
32、2.该控制方法融合了pi控制和模型预测控制的优势，在控制电流精度由pi控制保证的前提下，简化了双重移相dab变换器的工作模型，减小计算量的同时又能够弥补传统pi控制的缺陷，在各种工况下能够维持优异的动态性能，响应速度快且无超调。
33、本发明的其它特征以及优点将陈述于下列的描述中，并且部分将可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实施而了解。本发明的特征和优点可通过后附的申请范围中具体指出的元件和组合而实现以及获得。本发明的这些和其它特征将根据下列的描述和后附的权利要求书中变得更加清楚明白，或者可通过本发明所述的实施例实施而了解。
1.一种提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法，其特征在于，步骤s2中所述的预测模型的pi控制器的计算过程为：
3.如权利要求2所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法，其特征在于，步骤s4中所述的双重移相dab变换器根据外移相角与实际电压v1、电池侧实际电压v2的大小关系将工作模式具体分为工作模式a和工作模式b，所述的工作模式a和工作模式b的判断依据为：
4.如权利要求2所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法，其特征在于，步骤s4中所述的相应工作模式下的内移相角的计算过程为：
5.一种如权利要求1-4任一项所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制电路，其特征在于，包括：dc电源、双重移相dab变换器、电池以及数字控制系统；所述dc电源与双重移相dab变换器电性连接，所述双重移相dab变换器与电池电性连接，所述数字控制系统与双重移相dab变换器和电池电性连接。
6.如权利要求5所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制电路，其特征在于，所述双重移相变换器包括电容c1、mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4、mos管q5、mos管q6、mos管q7、mos管q8、高频变压器tr、励磁电感lm、输出滤波电容cf以及输出滤波电感lf；
7.如权利要求5所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制电路，其特征在于，所述数字控制系统包括依次电性连接的预测模型、pi控制器、双重移相控制单元以及dpwm脉冲生成模块，所述预测模型与电池电性连接，所述输出滤波电感lf和pi控制器之间电性连接作差模块，所述dpwm脉冲生成模块与mos管q1～q8电性连接。
8.一种如权利要求1-4任一项所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制系统，其特征在于，包括：检测模块(501)、作差模块(502)、输入模块(503)和控制模块(504)，所述检测模块(501)、作差模块(502)、输入模块(503)和控制模块(504)相互电性连接；
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行实现如权利要求1-4任一项所述的提高变换器动态性能的模型预测pi控制方法的步骤。
