本发明属于电力电子，具体涉及一种混合型飞跨电容三电平变换器控制方法及系统。
背景技术：
1、为实现可再生能源更好地接入电网，需要采用电力电子技术将电能进行变换。在此背景下，直流电网因其损耗小、效率高、电能质量问题少、满足不同负荷和用户需求等优势，将在未来新型能源应用上发挥重要的作用。
2、随着新能源产业的不断发展，dc-dc变换器的功率和电压等级也越来越高，由于功率器件的电压应力限制，传统的两电平升压变换器不再适合光伏系统的高速发展。三电平升压变换器与两电平升压变换器相比，具有电压应力降低一半、等效电感电流纹波减小到四分之一的优点，但由于输入输出不共地存在严重的emi问题；飞跨电容升压变换器可有效解决emi问题，但无法从光伏侧与直流母线两侧为飞跨电容的软启动提供路径。
3、实现对飞跨电容电压的良好控制是保持三电平升压变换器所有优点的关键。传统的无源控制电路会占用更多的体积，带来额外的成本；在经典线性控制策略的实施中，控制回路无法完全解耦，控制参数整定较为困难。模型预测控制具有不依赖系统平均模型、动态响应快、可约束系统状态变量等优点，在电力电子控制领域得到较多关注与应用。基于连续控制集模型预测的控制方法，不仅具有固定的开关频率，并且在考虑2个控制目标的情况下，评价函数中权重系数的整定简单，因此在飞跨电容三电平变换器的控制中具有很大的应用价值。
4、为了提高光伏系统中前级dc-dc变换器的性能、克服原有的控制方法的缺点，本发明提出了一种混合型飞跨电容三电平变换器的控制策略。与以往的控制方法相比。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种混合型飞跨电容三电平变换器控制方法及系统，能够加快系统的动态响应速度，提高系统的抗干扰能力，用于解决模型失配的技术问题。
2、本发明采用以下技术方案：
3、一种混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，包括以下步骤：
4、s1、构建混合型飞跨电容三电平变换器的数学模型；
5、s2、通过步骤s1得到的混合型飞跨电容三电平变换器的数学模型设计最小化双目标的成本函数作为内环获得每个开关管的占空比；
6、s3、利用自适应的电压外环，为步骤s2得到的内环提供电流参考，修正每个开关管的占空比；
7、s4、通过状态观测器得到负载的准确值，替代电压外环的电阻额定值，为步骤s3得到的电流参考提供准确值；
8、s5、通过pwm调制器将步骤s2至步骤s4得到的最佳占空比转换为每个功率开关的适当开关信号，实现从光伏系统与直流母线两侧的软启动。
9、具体的，步骤s1中，混合型飞跨电容三电平变换器的数学模型为：
10、
11、其中，il为电感电流，vc为飞跨电容电压，vo为直流母线电压，d1和d2分别为开关管s1和s2的占空比，cf为飞跨电容值，co为母线电容值，r为负载阻值，l为电感值，vin为输入电压值。
12、具体的，步骤s2中，开关管的占空比d1p(k)和d2p(k)如下：
13、
14、其中，m1p(k)、m2p(k)分别为表征占空比新定义的变量，μ为表征母线电压和飞跨电容电压的变量。
15、进一步的，成本函数g为：
16、g＝[ilref(k+1)-il(k+1)]2+λ[vcref(k+1)-vc(k+1)]2
17、其中，ilref(k+1)和vcref(k+1)定义为电感电流和飞跨电容电压在k时刻的参考值，λ为调节两个变量控制强度的权重因子，il(k+1)为下一时刻电感电流预测值，vc(k+1)为下一时刻飞跨电容电压预测值。
18、具体的，步骤s3中，自适应的电压外环ilref为：
19、ilref＝(1+q)ilss+p
20、其中，0≤ilref≤im，q为加快响应速度的常量，p为减小静态误差的积分项，ilss为电感电流稳态值，im为电感电流最大值。
21、进一步的，分别计算如下：
22、
23、
24、其中，ev为输出电压误差，δ是一个正数，kp和ki为抗饱和pi补偿器的参数，ts为采样周期。
25、具体的，步骤s4中，状态观测器为：
26、
27、其中，为状态观测向量下一时刻值，a为状态观测向量系数矩阵，l为观测器增益，c为输出向量系数矩阵，为状态观测向量当前值，b(k)为输入向量系数矩阵，为输入向量当前值，y(k)为输出向量当前值。
28、进一步的，a、b(k)、c、u(k)、y(k)和l分别为：
29、
30、
31、
32、
33、其中，ilb(k)，uob(k)，iob(k)为观测器状态变量，ts为采样周期，co为母线电容值，vc为飞跨电容值，vo为母线电压，il为电感电流，vin为输入电压，d1(k)为上管占空比，d2(k)为下管占空比，il(k)为输出的电感电流值，vo(k)为输出的母线电压值，l1、l2、l3分别为观测器增益系数。
34、具体的，步骤s4中，负载的准确值rb(k)为：
35、
36、其中，uob(k)为观测得到的直流母线电压，iob(k)为测得到的输出电流。
37、第二方面，本发明实施例提供了一种混合型飞跨电容三电平变换器控制系统，包括：
38、数学模块，构建混合型飞跨电容三电平变换器的数学模型；
39、函数模块，通过数学模块得到的混合型飞跨电容三电平变换器的数学模型设计最小化双目标的成本函数作为内环获得每个开关管的占空比；
40、修正模块，利用自适应的电压外环为函数模块得到的内环提供电流参考，修正每个开关管的占空比；
41、替代模块，通过状态观测器得到负载的准确值，替代电压外环的电阻额定值，为修正模块得到的电流参考提供准确值；
42、控制模块，通过pwm调制器将函数模块、修正模块和替代模块得到的最佳占空比转换为每个功率开关的适当开关信号。
43、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
44、一种混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，选择了连续控制集模型预测控制作为内环控制器对电感电流与飞跨电容电压的控制，在已知系统参数的前提下可以为变换器提供固定的开关频率；配合以自适应的输出电压外环控制器，解决了输出电压中存在稳态误差的问题；连续控制集模型预测控制器中所用到的系统参数是由状态观测器提供的，从而实现了负载参数存在波动与变化时的内环稳定控制。
45、进一步的，离散化的数学模型可采用欧拉前向法公式得到电感电流和飞跨电容电压下一时刻的预测值，保证了模型精度的同时方便了后续分析。
46、进一步的，通过设置中间变量m1p(k)和m1p(k)方便了开关管占空比d1p(k)和d2p(k)的计算分析，简化了计算过程。
47、进一步的，通过自适应的电压外环得到精确的电感参考ilref，加快动态响应速度，同时自适应的电压外环的积分项消除了静态误差，提升了稳态性能。
48、进一步的，根据状态观测器得到系统不宜观测或在缓慢变化的状态变量，提升模型精度，增强系统的鲁棒性。
49、进一步的，根据负载准确值rb(k)，将其代替预先给定的额定值可以实时跟踪当前负载的变化，增强了系统抗干扰的能力。
50、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
51、综上所述，本发明控制方法操作简单，易于实现，可以加快系统的动态响应速度，提高系统的抗干扰能力，有效解决模型失配的问题。
52、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，步骤s1中，混合型飞跨电容三电平变换器的数学模型为：
3.根据权利要求1所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，步骤s2中，开关管的占空比d1p(k)和d2p(k)如下：
4.根据权利要求3所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，成本函数g为：
5.根据权利要求1所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，步骤s3中，自适应的电压外环ilref为：
6.根据权利要求5所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，分别计算如下：
7.根据权利要求1所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，步骤s4中，状态观测器为：
8.根据权利要求7所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，a、b(k)、c、u(k)、y(k)和l分别为：
9.根据权利要求1所述的混合型飞跨电容三电平变换器控制方法，其特征在于，步骤s4中，负载的准确值rb(k)为：
10.一种混合型飞跨电容三电平变换器控制系统，其特征在于，包括：
