一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法技术

一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，包括：根据交直流混合微网并网拓扑结构，基于叠加定理分别建立交直流混合微网并网数学模型和前馈系统数学模型；独立控制直流子微网，为交直流混合微网中滤波电容提供参考电压；构建交直流混合微网并网鲁棒控制器，实现交直流混合微网柔性并网，提高交直流混合微网鲁棒性能。本发明专利技术的一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，能实现交直流混合微网并网时并网点电流不出现过流现象，达到无缝切换，且在一定参数摄动的工况下交直流混合微网仍能正常并网。

A robust control method for AC / DC hybrid microgrid with uncertainty

A robust control method for AC/DC hybrid microgrid interconnection with uncertainties is proposed, which includes: according to the topology of AC/DC hybrid microgrid interconnection, the mathematical models of AC/DC hybrid microgrid interconnection and feed-forward system are established respectively based on the superposition theorem; the DC subgrid is controlled independently to filter the electricity in AC/DC hybrid microgrid. A robust controller for AC-DC hybrid micro-grid interconnection is constructed to realize flexible interconnection of AC-DC hybrid micro-grid and improve the robust performance of AC-DC hybrid micro-grid. A robust control method for AC-DC hybrid micro-grid incorporating uncertainties can realize no over-current phenomenon at the grid-connected point when the AC-DC hybrid micro-grid is connected to the grid, achieve seamless switching, and the AC-DC hybrid micro-grid can still be connected to the grid normally under certain parameter perturbation conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法
本专利技术涉及一种交直流混合微网并网鲁棒控制方法。特别是涉及一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法。
技术介绍
微网为高密度分布式能源接入配电网提供了一种有效途径。交直流混合微网可综合利用交流微网和直流微网的各自优势，减少电能变换环节，让分布式电源能更灵活、可靠、经济的并网运行，从而提高供电可靠性和电能质量。交直流混合微网可划分为交流子微网、直流子微网、交-直功率调控区域三部分，以“分区自治，区域协调”的控制新形态，保证交直流混合微网高效、稳定运行。即：在交流子微网和直流子微网内部分别进行独立控制，满足各自内部供能需求，当各子微网内部无法实现源-荷-储功率平衡，需通过双向潮流控制器进行交流子微网和直流子微网间的功率交互，保持整个交直流混合微网系统的功率平衡；交直流混合微网并网时，配电网与交直流混合微网之间存在功率传输，需保证并网点电流不出现过流现象，实现无缝切换；并网后，通过源-网-荷-储间的功率交互，维持交直流混合微网系统正常运行。交直流混合微网中含有的分布式电源、逆变器中的元器件老化，模型建立不精确等因素，使得交直流混合微网模型具有不确定性，加剧了交直流混合微网并网的难度。为了有效应对交直流混合微网的不确定性，实现交直流混合微网柔性并网，需研究交直流混合微网并网鲁棒控制技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能实现交直流混合微网并网时并网点电流不出现过流现象，达到无缝切换的计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，包括如下步骤：1)根据交直流混合微网并网拓扑结构，基于叠加定理分别建立交直流混合微网并网数学模型和前馈系统数学模型；2)独立控制直流子微网，为交直流混合微网中滤波电容提供参考电压；3)构建交直流混合微网并网鲁棒控制器，实现交直流混合微网柔性并网，提高交直流混合微网鲁棒性能。步骤1)具体包括根据交直流混合微网并网拓扑结构，应用叠加定理分别建立以双向潮流控制器等效电源为独立电压源的并网数学模型，及以并网等效电源为独立电压源的前馈系统数学模型；其中，所述的以双向潮流控制器等效电源为独立电压源的并网数学模型为：y＝[001][x1x2x3]Tx1＝ie，x2＝is，x3＝uc，u＝ue，y＝ucie为双向潮流控制器侧的电流is为并网侧的电流uc为滤波电容两端电压ue为双向潮流控制器等效电源两端的电压Rs为并网侧的电阻Ls为并网侧电感Re为双向潮流控制器侧的电阻Le为双向潮流控制器侧的电感C为滤波电容；(2)前馈系统将并网等效电源视为混合灵敏度优化问题模型中的干扰项，所述的前馈系统用于消除并网等效电源对交直流混合微网的影响，所述的以并网等效电源为独立电压源的前馈系统数学模型为：y＝[001][x1x2x3]Tx1＝is，x2＝ie，x3＝uc，u＝us，y＝uc；us为并网等效电源电压。步骤2)具体包括：将直流子微网中直流母线参考电压udc_ref与直流母线电压udc相减，差值送入PI控制器后得到有功电流参考值Ip_ref，通过时域功率分析计算方法，得到交直流混合微网滤波电容参考电压uc_ref，所述的时域功率分析计算方法是采用如下公式：Us为t时刻并网等效电源电压us的有效值；Ip_ref为有功电流参考值Iq_ref为无功电流参考值is_ref为并网侧的电流参考值uc_ref为滤波电容电压参考值Ls为并网侧电感Ts为采样周期。步骤3)具体包括：(1)根据步骤1)中建立的以双向潮流控制器等效电源为独立电压源的并网数学模型，得到并网数学模型的状态方程为：其中C＝[001]，D＝[0]Rs为并网侧的电阻Ls为并网侧电感Re为双向潮流控制器侧的电阻Le为双向潮流控制器侧的电感C为滤波电容；(2)基于混合灵敏度优化问题构建交直流混合微网并网鲁棒控制器，选取混合灵敏度优化问题中的权函数W1，W2，W3，其中，W1是对灵敏度函数S的加权函数，选取具有高增益低通特性的W1为：W2是对灵敏度函数R的加权函数，表示闭环系统允许加性不确定性摄动的范围，在选取W2时需同时兼顾系统带宽、系统饱和现象、对系统噪声的抑制三方面要求，选取的W2为：W2＝0.01W3是对补灵敏度函数T的加权函数，表示闭环系统允许乘性不确定性摄动的范围，选取具有高通滤波功能的W3为：s为拉普拉斯算子；(3)根据以双向潮流控制器等效电源为独立电压源的并网数学模型和混合灵敏度优化问题中的权函数W1，W2，W3，得到广义被控对象P表达式为：Rs为并网侧的电阻Ls为并网侧电感Re为双向潮流控制器侧的电阻Le为双向潮流控制器侧的电感C为滤波电容；选取一个小于1的初值γ0，求解Riccati方程：判断方程是否满足如下的约束条件：是否具有半正定解X≥0，Y≥0；是否为稳定阵；是否为稳定阵；λmax(XY)＜γ2；其中只要有一项约束条件不满足，则增大γ0的数值，若全满足则逐渐减小γ0的数值，经过若干次迭代，求出满足约束条件和设定的精度要求的近似最优解γ，并得到该近似最优解γ对应的Riccati方程的解X∞，Y∞，从而得到并网鲁棒控制器为：其中Z∞＝(I-γ-2Y∞X∞)-1。本专利技术的一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，能实现交直流混合微网并网时并网点电流不出现过流现象，达到无缝切换，且在一定参数摄动的工况下交直流混合微网仍能正常并网。具体具有如下收益效果：1、本专利技术所提控制方法能够实现交直流混合微网柔性并网，并网时动态响应速度快，无冲击电流，能够实现无缝切换。2、本专利技术所提控制方法考虑了模型不确定性，能够在交直流混合微网中元件参数摄动时，保证交直流混合微网顺利并网，有效提高交直流混合微网的鲁棒性能，满足交直流混合微网对电能质量指标的高要求。附图说明图1是交直流混合微网典型拓扑图；图2是交直流混合微网并网拓扑结构图；图3是以并网等效电源为单独电压源的等值电路原理图；图4是以双向潮流控制器等效电源为单独电压源的等值电路原理图；图5是混合灵敏度优化问题原理图；图6是本专利技术的计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法框图；图7是采用PI控制时并网点电压电流波形图；图8是采用H∞控制时并网点电压电流波形图；图9是并网电流波形对比图；图10是采用PI控制时交流母线电流波形示意图；图11是参数摄动前采用PI控制时并网点电流谐波情况示意图；图12是参数摄动后采用PI控制时并网点电流谐波情况示意图；图13是参数摄动前采用H∞控制时并网点电流谐波情况示意图；图14是参数摄动前采用H∞控制时并网点电流谐波情况示意图；图15是并网功率波形对比图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法做出详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是实例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。如图6所示，本专利技术的一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，包括：1)根据交直流混合微网并网拓扑结构，基于叠加定理分别建立交直流混合微网并网数学模型和前馈系统数学模型；具体是根据图2所示的交直流混合微网并网拓扑结构，应用叠加定理分别建立如图3所示的以双向潮流控制器等效电源为独立电压源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据交直流混合微网并网拓扑结构，基于叠加定理分别建立交直流混合微网并网数学模型和前馈系统数学模型；2)独立控制直流子微网，为交直流混合微网中滤波电容提供参考电压；3)构建交直流混合微网并网鲁棒控制器，实现交直流混合微网柔性并网，提高交直流混合微网鲁棒性能。

【技术特征摘要】
1.一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据交直流混合微网并网拓扑结构，基于叠加定理分别建立交直流混合微网并网数学模型和前馈系统数学模型；2)独立控制直流子微网，为交直流混合微网中滤波电容提供参考电压；3)构建交直流混合微网并网鲁棒控制器，实现交直流混合微网柔性并网，提高交直流混合微网鲁棒性能。2.根据权利要求1所述的一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，其特征在于，步骤1)具体包括根据交直流混合微网并网拓扑结构，应用叠加定理分别建立以双向潮流控制器等效电源为独立电压源的并网数学模型，及以并网等效电源为独立电压源的前馈系统数学模型；其中，所述的以双向潮流控制器等效电源为独立电压源的并网数学模型为：y＝[001][x1x2x3]Tx1＝ie，x2＝is，x3＝uc，u＝ue，y＝ucie为双向潮流控制器侧的电流is为并网侧的电流uc为滤波电容两端电压ue为双向潮流控制器等效电源两端的电压Rs为并网侧的电阻Ls为并网侧电感Re为双向潮流控制器侧的电阻Le为双向潮流控制器侧的电感C为滤波电容；(2)前馈系统将并网等效电源视为混合灵敏度优化问题模型中的干扰项，所述的前馈系统用于消除并网等效电源对交直流混合微网的影响，所述的以并网等效电源为独立电压源的前馈系统数学模型为：y＝[001][x1x2x3]Tx1＝is，x2＝ie，x3＝uc，u＝us，y＝uc；us为并网等效电源电压。3.根据权利要求1所述的一种计及不确定性的交直流混合微网并网鲁棒控制方法，其特征在于，步骤2)具体包括：将直流子微网中直流母线参考电压udc_ref与直流母线电压udc相减，差值送入PI控制器后得到有功电流参考值Ip_ref，通过时域功率分析计算方法，得到交直流混合微网滤波电容参考电压uc_ref，所述的时域功率分析计算方法是采用如下公式：Us为t时刻并网等效电源电压us的有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，郭天宇，陈安伟，张亮，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国网浙江省电力有限公司，国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，
类型：发明
国别省市：河北,13