基于PI-MPC的中压直流配电网自取能电路控制策略研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.11.003

电器与能效管理技术 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (11): 20-25.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.11.003

基于PI-MPC的中压直流配电网自取能电路控制策略研究

周琦¹, 张正涛², 张敬昊², 张宸宇¹, 张亮²

¹ 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院, 江苏南京 211103
² 南京工程学院电力工程学院, 江苏南京 211167

收稿日期:2025-07-30 出版日期:2025-11-30 发布日期:2025-12-11
作者简介:周琦(1992—),男,工程师,主要从事直流配电网研究工作。|张正涛(2001—),男,硕士研究生,研究方向为直流配电网技术。|张敬昊(1999—),男,硕士研究生,研究方向为直流配电网技术。
基金资助:
国网江苏省电力有限公司科技项目(J2023038)

Research on Control Strategy of Self-Powered Circuit in Medium Voltage DC Distribution Network Based on PI-MPC

ZHOU Qi¹, ZHANG Zhengtao², ZHANG Jinghao², ZHANG Chenyu¹, ZHANG Liang²

¹ Electric Power Science Research Institute, State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd., Nanjing 211103, China
² School of Electrical Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China

Received:2025-07-30 Online:2025-11-30 Published:2025-12-11

摘要/Abstract

摘要：

中压直流配电网是实现不同类型分布式电源和直流负荷高效互联的组网方式。在全直流高电压应用场景下,针对不依赖外部交流电源给二次设备供电,传统基于互感原理的交流自供电技术难以适用,提出一种高降压比隔离型DC/DC电路。通过模块的输入串联和输出并联(ISOP)实现中压直流配电网二次设备的自供电。同时,为提高电路电压电流的快速动态响应,设计基于PI-模型预测控制(MPC)的双闭环控制策略。最后,开展仿真分析和样机实验验证,结果表明所提电路和控制策略有效提升了系统的动态响应性能。

关键词: 直流配电网, 二次设备自取能, 输入串联输出并联结构, 模型预测控制

Abstract:

The medium voltage DC distribution network is a networking method for efficiently interconnecting different types of distributed power sources and DC loads.In the application scenario of full DC high voltage,aiming at the power supply of secondary equipment without relying on external AC power source, the traditional AC self-powered supply technology based on the mutual inductance principle is difficult to apply.Therefore,a high step-down ratio isolated DC/DC circuit is proposed.The self-powered supply for secondary equipment is realized through module input series and output parallel (ISOP) in medium voltage DC distribution networks.At the same time,a dual closed-loop control strategy based on PI-MPC is designed to improve the fast dynamic response of the voltage and current of the power supply.Finally,simulation analysis and prototype experiments are conducted.The results show that the proposed circuit and control strategy effectively improve the dynamic response performance of the system.

Key words: DC distribution network, secondary equipment self-powered, input series output parallel structure, model predictive control (MPC)

中图分类号:

TM46

周琦, 张正涛, 张敬昊, 张宸宇, 张亮. 基于PI-MPC的中压直流配电网自取能电路控制策略研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(11): 20-25.

ZHOU Qi, ZHANG Zhengtao, ZHANG Jinghao, ZHANG Chenyu, ZHANG Liang. Research on Control Strategy of Self-Powered Circuit in Medium Voltage DC Distribution Network Based on PI-MPC[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2025, 0(11): 20-25.

图/表 11

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参考文献 24

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参数	数值	参数	数值
总输入电压U_M/V	1 000	匝比n	5∶1
输出电压U_o/V	24	励磁电感L_m/μH	500
开关频率f_s/kHz	20	输入稳压电容C_in/μF	240
负载电阻R_Load/Ω	5	输出稳压电容C_o/μF	800

参数	数值	参数	数值
反激子电路数	2	变压器励磁电感L_m1/μH	470.8
总输入电压U_M/V	30	变压器励磁电感L_m2/μH	487.3
输出电压U_o/V	3	输入稳压电容C_in/μF	240
开关频率f_s/kHz	10	输出稳压电容C_o/μF	800
变压器匝比	2∶1	负载电阻Z₃、Z₄/Ω	3

基于PI-MPC的中压直流配电网自取能电路控制策略研究

Research on Control Strategy of Self-Powered Circuit in Medium Voltage DC Distribution Network Based on PI-MPC

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