Avec le progrès continu de la construction urbaine, chemins de fer urbains, métro et autres transports pratique, sans la congestion est des systèmes de transports publics jouent un rôle de plus en plus important dans . Supercondensateur décharge rail comme un nouveau matériel de transport ferroviaire urbain de la ville, un grand condensateur super en utilisant une densité de puissance, charge rapide et le débit, les avantages de longue durée de vie , un câble de traction n'est plus nécessaire de mettre en place une large gamme, mais seulement alimenté par la batterie de condensateurs ultra à bord pour assurer le fonctionnement normal du train. Quand le train arrête, la station 30 passagers de temps-machine de chargement monter et descendre à bord de charge la banque super condensateur, afin de maintenir le fonctionnement normal du train à la station suivante avant .
fonctionnement réel estimé, il est nécessaire de maintenir au moins 430 A du véhicule monté super condensateur courant est complètement chargée à 900 de 500 V à 30 V. s 430 Une rose garantie le courant de 0 charge A stable et rapide sur le terrain, tout en évitant d'endommager les appareils électriques de charge des pointes de courant qui se produisent pendant la conception de stockage d'énergie est l'une des questions clés du chargeur ferroviaire urbain devaient être pris en compte.
Compte tenu de la peut être attribuée à la super-condensateur, le stockage d'énergie ferroviaire urbain décrit ci-dessus demande de facturation chargé d'un problème d'optimisation sous contrainte et l'utilisation de l'algorithme de commande prédictive de modèle (MPC) par . Considérant le circuit de charge basé sur une période de commande du dispositif de commutation est très court, l'étude d'un grand MPC de train urbain appliqué stockage de l'énergie supercondensateur temps de charge pour résoudre le problème d'optimisation est résolu en temps réel d'une cible rapidement, ce qui est appliquée dans le domaine de l'électronique de puissance MPC à chaud < 5>.
Ces dernières années, de nombreux chercheurs ont mis en avant après la Simplify classique ou améliorer une classe d'algorithmes d'optimisation pour réduire la complexité de calcul de la MPC. Document de résolu par l'algorithme problème de programmation quadratique standard MPC est améliorée pour augmenter la vitesse de ligne de la résolution, la littérature paramètre de barrière fixe de mécanisme est introduit, le procédé itératif traditionnel pour résoudre une couche unique composé de deux itération simplifiée, le calcul en temps réel MPC considérablement réduit, la littérature sera le traditionnel algorithme de Newton - Raphson est étendu, la programmation quadratique a été grandement simplifiée.
Tout d'abord, le taux de conception basée sur l'algorithme de MPC supercondensateur contrôle de charge, pour résoudre la solution optimale en utilisant une amélioration rapide pour résoudre la méthode du point intérieur. Par rapport à la méthode traditionnelle de fabrication d'un paramètre de barrière plus étroite et plus proche de 0, est résolu par seulement un test de validation du paramètre fixe, le même mécanisme utilise un démarrage à chaud, la valeur initiale de la solution est utilisée en tant que la prochaine fois que le temps de résolution, de simplifier considérablement la solution le calcul. Effectué par la sélection de la barrière paramètre simulation Matlab, et vérifier l'efficacité de l'utilisation de la stratégie rétrécissement de charge rapide que la plate-forme de test.
Une modélisation du système
1.1 supercondensateur modèle de chargeur
des structures de circuit du chargeur super-condensateur Buck sur la base duquel le modèle de système représentée sur la figure 1. Dans lequel trois branche de modèle classique super modélisation du condensateur. Sur la base de la demande réelle, considérer ici le rôle dominant dans le seul glissement RICI transitoire transitoire.
1.2 Système de charge Modèle
modèle système basé sur la moyenne de l'état-espace:
C = , b = RICI + + RleakCi RleakCf, a = 1 / CiRiRleak. variable d'état du système i est le courant dans l'inductance, v est le super tension de condensateur, IC est la tension du condensateur de filtrage. r est un circuit d'impédance équivalente, L est l'inductance, Cf est le condensateur de filtrage, Ri et Ci sont les super condensateur et résistance transitoire branches capacitives, Rleak super-condensateur résistance de fuite.
En outre la prise période de commutation IGBT Ts est la période d'échantillonnage, et obtenir ainsi un domaine temporel discret du modèle linéaire, comme indiqué en (2) du système de chargement:
2 conception de la stratégie de charge
Compte tenu de la période de commutation réelle de la super-système de charge du condensateur atteint 1 kHz, considéré comme la précision et le calcul de suivi du temps présent mémoire, sélectionner le domaine temporel horizon de prédiction P et M sont tous deux un contrôle 2. Sur cette base, la fonction d'objectif peut être obtenu comme indiqué dans l'équation (3), dans lequel la première piste est un courant souhaité, le rapport cyclique de la seconde à limiter la quantité de changement de:
Avant de construire le pic maximum les contraintes actuelles, la formule donnée premier pic estimé inducteur k-ème cycle en cours:
Dans lequel (vin-v (k)) d (k) / L représente le courant d'inducteur augmente le k-ème cycle. Sur la base de la formule d'estimation, ce qui suit peut être obtenue première et deuxième temps k (k + 1) du pic inducteur de temps actuel formule:
Construction du problème de contrôle prédictif du modèle finalement transformé en un problème de programmation quasi-quadratique. La formule ultime objectif d'optimisation de la MPC (6):
3 Résoudre la fonction objectif
3.1 fixe procédé de paramètre de barrière à résoudre
Empêchements première fonction logarithmique de la forme dans la partie supérieure construite contraintes d'inégalité des problèmes d'optimisation MPC en contraintes d'égalité:
où > 0 est les paramètres de barrière. tend vers 0, la solution de la formule (8) converge vers la solution du problème lorsque l'optimisation de MPC.
Contrairement à la méthode de point intérieur classique, un papier barrière fixe sélectionne seulement à résoudre le problème d'optimisation dans le paramètre , plutôt qu'elle converge progressivement vers zéro. Bien que ce genre conduira à la résolution dévie mécanisme de la solution optimale, mais a confirmé Steven et al dans le document classique, tant que le choisi correctement, car les performances du contrôleur ne sont pas soumis à importante solution quasi-optimale il est affaibli, et le temps nécessaire pour résoudre, mais peut être considérablement raccourci. Tout d'abord, un indice de réglage peut refléter différent e (k) de la performance du contrôle effectif:
Dans lequel est une constante, e (k) reflète le courant de sortie de l'erreur de suivi de piste pour différents moments de la valeur de référence. En outre, selon e (k) le paramètre de barrière historique de sélection de courbe .
Après fixation dans le paramètre barrière, problème d'optimisation MPC peut être construit de manière à donner des conditions optimales de contrôle répondant à la séquence désirée D:
3.2 Sélection de paramètre de barrière fixe
Et une structure de circuit de commande dans Matlab, paramètres de simulation définies comme suit: Vin = 1300 (V), L = 10 (mH), r = 0,01 (), Cf = 7200 (uF), Rleak = 9 (kQ), Ri = 0,02 (), Ci = 24,5 (), Ts = 0,001 ().
= 1, = 0,1, = 0,001, = e (k) 0,01 courbe d'historique lorsque comme représenté sur la Fig. = 0,001 Comme on le voit, la quantité de courant de la phase de montée initiale de e (k) atteint un pic d'environ 5 × 10-5, lorsque le courant est stable, fluctue dans une petite plage de la loi. Analyse, étant donné que la quantité de commande pour la résolution de solution optimale approximative, qui fluctue dans une petite plage à proximité du contrôle optimal, menant éventuellement à la fluctuation du courant de sortie dans une petite plage autour d'une valeur souhaitée. Par paramètre de comparaison = 0,001 finalement sélectionnée comme une barrière fixe.
3.3 Mécanisme de démarrage à chaud
Avec un mécanisme de paramètre d'arrêt fixe, le nombre d'itérations nécessaires pour résoudre chacun d'environ 50 fois réduit à seulement environ 10 fois. Afin de réduire encore le nombre d'itérations nécessaires pour résoudre, on introduit un autre mécanisme appelé démarrage à chaud. Le mécanisme pour résoudre le (k-1) k temps itération comme le temps de la solution initiale. Le procédé de problème d'optimisation MPC en résolvant caractéristique pur procédé d'itération de Newton en utilisant le paramètre de la barrière fixe, chaque itération peut être encore réduite à la fréquence souhaitée et la résolution de seulement environ 5 fois. en fonction des performances est également vérifiée lors des essais ultérieurs.
4 Simulation
Paramètres de simulation fournis à la section 3.2, le paramètre de barrière fixe = 0,001, et l'introduction d'un mécanisme de démarrage chaud de résolution, chacune de la courbe de simulation représenté sur la Fig. 3 à 5.
La figure 3, on peut voir à l'intérieur de courant augmente de la première à partir de 0,30 A à un stable 430 A, puis a commencé à garder stable. Lorsque la tension super condensateur monte à 850 V, le temps de charge est d'environ 20 s, le courant a diminué lentement et, finalement, se situe dans environ 2,5 s à 100 A, jusqu'à la fin de la charge. L'ensemble du processus a maintenu la tendance rapide et stable, pic actuel ne semble pas.
La figure 4 que plus la valeur initiale de la quantité de commande, après le début de la chute a augmenté de façon constante augmente avec la tension du supercondensateur. Réduction du courant de 430 A à 100 A procédé, étant donné que la courbe de tendance souhaitée est étagée déclin rapide, il y a une gigue dans la plage de rapport cyclique de 0,4 à 1, mais la tendance générale est progressivement nivelé. Rencontrer la fonction objective des contraintes sur la quantité de contrôle.
Comme on peut le voir sur la figure 5 commence 0 s, la tension du condensateur de charge commence à augmenter à partir d'une constante de 500 V, alors augmentée à 850 V, le courant est réduit graduellement à la charge 100 A, le super-condensateur montée en tension ralenti, enfin à la fin de la charge après avoir atteint 900 V.
5 Vérification expérimentale
Le système de charge réelle est mise à l'échelle pour compléter autre test de vérification en laboratoire. super condensateur en série classique monomère module 182,7 V / 3500 F à partir de monomères, super charge capacitive formée par deux modules de super-condensateur, le paramètre équivalent est de 97,2 V / 97,2 F. Lors de la sélection finale du 30 courant de charge d'un super condensateur de charge, l'ensemble de la plage de tension à 30 V ~ 39 V. Après avoir déterminé le niveau de puissance du système, la plate-forme de vérification de la conception représentée sur la Fig. 6, la carte physique tel que représenté sur la Fig.
La figure 8 est un test de validation de données sur la base de la plate-forme de chargement. Comme on peut le voir à partir des données expérimentales, un courant de 30 A est défini de charge pour augmenter l'espace de 0,5 s, bien que moins un dépassement se produit, mais le courant augmente rapidement en douceur pour répondre à la demande. Lorsque la tension du condensateur super à 37 V, le courant de charge est progressivement réduite à partir de 30 A à 10 A, finalement arrête lorsque le super-condensateur tension atteigne 39 V. Tout au long du processus de chargement de la courbe de courant de charge comme on le souhaite, et pour répondre aux contraintes de pointe actuelles, le super-condensateur est chargé par le temps de prise 30 V à 39 V.
6. Conclusions
Compte tenu de la complexité des besoins du modèle super condensateur et une charge rapide, le chargement d'un problème de stockage d'énergie super condensateur de train ferroviaire urbain peut être attribué à un problème d'optimisation sous contrainte est résolu. MPC a un avantage naturel dans la résolution du problème de contrainte de domaine temporel de différences finies, mais en peu de temps pour résoudre la fonction objective est appliquée dans le domaine de l'électronique de puissance MPC est une difficulté majeure. Proposé une méthode du point améliorée dans la méthode du point intérieur par rapport à la classique, le nombre d'itérations des étapes nécessaires pour résoudre la fonction objective est réduite à environ seulement 50 étapes à partir de l'étape 10, en liaison avec le mécanisme subséquent de début de chaud proposé dans l'étape d'itérations nécessaires pour résoudre le nombre réduit à seulement 5 étapes pour une efficacité complète haute résolution en même temps, pour assurer un bon effet de contrôle. on peut voir la simulation et d'essai, bien que le choix d'un paramètre de barrière fixe apportera un certain écart ou la volatilité résolu, mais l'effet global est beaucoup plus conforme aux attentes. Une optimisation supplémentaire de l'algorithme, l'étude contrôlée pour améliorer la précision, continuera à se dérouler dans les travaux de suivi.
