一种自适应的固态变压器全工况效率最优控制方法与流程

本技术涉及变压器控制，尤其涉及一种自适应的固态变压器全工况效率最优控制方法。

背景技术：

1、固态变压器是一种基于电力电子变换技术实现电压变换、能量传输及电网交互控制的新型电能转换设备，其通常通过高频功率器件的开关控制实现输入侧与输出侧之间的电能变换。相较于传统工频变压器，固态变压器具有可控性强、便于接入分布式能源以及支持双向能量传输等特点，因此可应用于新能源并网、智能配电以及电力电子化电网等场景。在实际运行过程中，固态变压器所连接的负载需求以及新能源侧发电状态会不断变化，使设备需要在轻载、额定负载、满载以及电能正向传输和反向传输等多种工况之间动态切换。

2、现有技术中，固态变压器的效率优化控制通常基于预先标定的控制参数表或模型预测控制方法实现。其中，基于查表的控制方法通常通过离线测试获得不同负载条件下对应的控制参数，并在实际运行过程中根据当前工况调用相应参数。

3、然而，实际运行状态通常处于连续变化过程中，离散控制参数难以覆盖所有运行状态，当设备运行于不同工况参数之间时，容易出现控制参数切换不连续的问题，使电子开关器件的驱动信号产生突变，进而引起电流波动并影响设备运行稳定性。

4、此外，模型预测控制方法虽然能够根据实时状态进行动态优化，但其通常需要建立复杂模型并执行大量矩阵运算，在固态变压器采用嵌入式控制芯片进行实时控制的应用环境下，受限于控制芯片计算能力，难以满足高频实时调节需求。

5、综上，现有固态变压器效率控制方法难以同时实时响应能力以及不同运行工况下的适应能力。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中固态变压器控制难以同时实时响应能力以及不同运行工况下的适应能力的问题，本技术提供一种自适应的固态变压器全工况效率最优控制方法。

2、第一方面，本技术提供一种自适应的固态变压器全工况效率最优控制方法，采用如下的技术方案：

3、一种自适应的固态变压器全工况效率最优控制方法，包括：获取固态变压器的工况坐标向量，所述工况坐标向量包括表征当前工作负荷程度的负荷归一化坐标和表征电能实时流动方向的方向归一化坐标；

4、利用曲面拟合算法，基于预先标定的离散控制点对所述工况坐标向量进行拟合计算，生成基础控制指令，以使所述基础控制指令在跨越不同工况边界时实现平滑过渡；

5、基于所述基础控制指令生成底层驱动信号，控制所述固态变压器内部电子开关器件的动作，执行全工况效率控制；

6、其中，基于所述基础控制指令生成底层驱动信号，包括：基于所述工况坐标向量与预设的关键极值工况点之间的空间距离衰减关系，确定局部贴合修正权重；

7、根据所述局部贴合修正权重，将所述基础控制指令与极值目标指令进行动态融合，生成最终最优控制指令；

8、根据最终最优控制指令生成底层驱动信号。

9、通过获取包括负荷归一化坐标和方向归一化坐标的固态变压器工况坐标向量，将固态变压器当前运行状态从传统的离散工况参数转换为连续化的二维状态表征，并基于预先标定的离散控制点利用曲面拟合算法生成基础控制指令，使控制指令能够随负荷状态及电能传输方向变化进行连续调整。

10、相较于现有基于离散控制参数表的控制方式，本方案通过连续曲面映射关系实现控制参数的平滑过渡，减少了因工况变化导致电子开关器件驱动信号突变的情况，从而降低电流波动对设备运行稳定性的影响。同时，该方法能够基于实时工况生成对应控制指令，并进一步控制固态变压器内部电子开关器件动作，使固态变压器在轻载、满载以及正反向能量传输等不同运行状态下均能够保持适配的控制策略，同时无需进行大规模矩阵计算提高实时响应能力，兼顾实时响应能力以及不同运行工况下的适应能力。

11、同时，引入基于工况坐标向量与关键极值工况点之间空间距离衰减关系确定局部贴合修正权重，并利用该权重调整基础控制指令与极值目标指令之间的融合比例。从而使控制过程能够根据当前运行状态自动判断是否接近效率敏感区域，当设备处于普通运行区域时保持基础控制指令的平滑特性，而当接近极轻载、满载等关键极值工况时，提高极值目标指令的作用比例，使控制结果更加贴合对应工况下的最优运行参数。

12、可选地，所述获取固态变压器的工况坐标向量，包括：

13、获取固态变压器电网侧的电网侧电压和电网侧电流；

14、根据所述电网侧电压和所述电网侧电流计算平均有功功率；

15、根据所述平均有功功率的正负号进行方向分解，提取正向传输功率、反向传输功率以及实时传输功率幅值；

16、根据所述正向传输功率、所述反向传输功率和所述实时传输功率幅值进行映射处理，得到所述负荷归一化坐标和所述方向归一化坐标。

17、采集固态变压器电网侧电压和电流，并计算平均有功功率；再根据平均有功功率的正负号进行方向分解，获得正向传输功率、反向传输功率以及实时传输功率幅值；同时表征当前电能传输规模以及电能流动方向，使控制系统不仅能够识别负载变化，还能够识别能量双向流动状态，从而为后续控制指令生成提供更加完整的运行状态信息。

18、可选地，根据所述电网侧电压和所述电网侧电流计算平均有功功率，包括：

19、对所述电网侧电压和所述电网侧电流进行预处理；将预处理后的电网侧电压与电网侧电流进行乘积运算，获得瞬时功率；

20、对所述瞬时功率采用数字滑动平均滤波，输出所述平均有功功率。

21、由于固态变压器运行过程中电压、电流采样信号可能受到高频干扰以及瞬态波动影响，直接利用采样值进行控制容易导致工况判断不稳定。因此进行预处理，并对瞬时功率进行滑动平均滤波降低采样噪声对功率计算结果的影响，使得到的平均有功功率能够更加准确地反映当前能量传输状态，从而提高后续方向判断、工况坐标构建以及控制指令生成过程的可靠性。

22、可选地，根据所述平均有功功率的正负号进行方向分解，提取正向传输功率、反向传输功率以及实时传输功率幅值，包括：若所述平均有功功率大于或等于零，将所述正向传输功率赋值为所述平均有功功率，并将所述反向传输功率赋值为零；

23、若所述平均有功功率小于零，将所述正向传输功率赋值为零，并将所述反向传输功率赋值为所述平均有功功率的绝对值；

24、将所述平均有功功率的绝对值作为所述实时传输功率幅值。

25、传统控制方式中，正向功率与反向功率切换过程中容易出现控制策略突变的问题，而本方案通过分别建立正向和反向功率变量，使功率方向变化过程能够被连续描述，避免由于功率过零导致方向判断混乱。

26、可选地，根据所述正向传输功率、所述反向传输功率和所述实时传输功率幅值进行映射处理，得到所述负荷归一化坐标和所述方向归一化坐标，包括：

27、将所述实时传输功率幅值除以所述固态变压器的额定传输功率，得到所述负荷归一化坐标；

28、计算所述正向传输功率与所述反向传输功率的差值，并计算所述正向传输功率、所述反向传输功率与预设的功率保护常数三者之和；将所述差值除以三者之和，得到所述方向归一化坐标。

29、将实际功率状态转换至统一坐标空间，使后续曲面拟合算法能够基于标准化输入参数生成控制指令，减少由于设备容量差异导致控制模型适用范围受限的情况。

30、可选地，所述利用曲面拟合算法，基于预先标定的离散控制点对所述工况坐标向量进行拟合计算，生成基础控制指令，包括：

31、采用b样条曲面拟合算法，计算所述负荷归一化坐标对应的负荷基函数以及所述方向归一化坐标对应的方向基函数；

32、将所述负荷基函数、所述方向基函数以及所述离散控制点对应的控制点高度值进行加权叠加，生成所述基础控制指令。

33、采用b样条曲面拟合算法，根据负荷归一化坐标、方向归一化坐标以及预先标定的控制点高度值生成基础控制指令，使离散控制数据能够转换为连续变化的控制曲面。

34、可选地，基于所述工况坐标向量与预设的关键极值工况点之间的空间距离衰减关系，确定局部贴合修正权重，包括：

35、计算所述工况坐标向量与多个所述关键极值工况点的极值坐标向量之间的欧氏距离平方；

36、将所述欧氏距离平方除以敏感区域判定阈值的平方，并取负指数运算，得到每一个所述关键极值工况点对应的衰减权重；

37、选取所有所述衰减权重中的最大值，作为所述局部贴合修正权重。

38、根据当前运行状态与极值工况之间的空间接近程度，实现修正权重的连续变化。当运行状态逐渐靠近关键效率优化区域时，修正权重自动增大，使控制策略逐步向极值目标靠近；当远离极值区域时，修正作用自动减弱，避免频繁修正影响整体运行稳定性。因此，该方法能够实现控制策略由全局平滑模式向局部精准优化模式的连续切换。

39、可选地，根据所述局部贴合修正权重，将所述基础控制指令与极值目标指令进行动态融合，生成最终最优控制指令，包括：

40、在多个所述关键极值工况点中，提取触发所述局部贴合修正权重最大值对应的极值目标指令；

41、以所述局部贴合修正权重以及1与所述局部贴合修正权重的差值作为互补权重，分别对所述基础控制指令和所述极值目标指令进行加权融合，生成最终最优控制指令。

42、可选地，对所述电网侧电压和所述电网侧电流进行预处理，包括：对所述电网侧电压和所述电网侧电流进行低通滤波处理。

43、本技术具有以下技术效果：

44、本技术构建同时表征负荷状态和能量流动方向的工况坐标体系，并利用连续曲面拟合方法替代传统离散控制参数切换方式，实现了控制指令随运行状态变化的平滑调整，解决了现有固态变压器效率控制方法难以兼顾控制精度、实时响应能力以及不同运行工况适应能力的问题。