一种基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应全局滑模控制的微电网稳定控制方法，步骤为：（1）针对微电网的并网运行与孤岛运行时的运行特性，分别建立逆变器系统的数学模型；（2）将自适应控制与滑模控制相结合，分别构建并网运行与孤岛运行时逆变器系统的自适应滑模控制模型；（3）将逆变器系统的自适应滑模控制模型作用于脉冲宽度调制PWM，对三相逆变器进行控制，从而实现微电网稳定的三相逆变器自适应滑模控制。本发明专利技术基于自适应全局滑模控制的微电网稳定控制方法，能够保证微电网在不同运行模式下的稳定性：在微电网并网运行时有效地抑制微电网与主电网交换功率波动，达到微电网与主电网交换功率可控；可以实现微电网在2种运行模式之间无缝切换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能电网
，特别是实现微电网稳定的三相逆变器自适应滑模控制方法。
技术介绍
分布式发电(distributed generation，DG)以其投资小、清洁环保、供电可靠性高和发电方式灵活等优点，越来越受到人们的关注。将DG和负荷连接构成微电网，并以这种形式入大电网与大电网互为支撑，是发挥DG系统效能的最有效方式。微电网并网(一般为配电网)运行，与主电网之间有功功率和无功功率可灵活交换。若主电网发生故障，微电网迅速与主网解列，运行于孤岛模式，保证重要负荷的供电。主电网恢复正常后微电网可再次联网，重新进入并网运行模式。微电网稳定控制器必须具有较强的抗干扰及电压控制能力，在电网出现扰动后有较快地动态响应。由于三相PWM换流器模型是一个典型的非线性多输入多输出系统，模型中含有状态变量和控制变量的乘积，并且状态变量间存在耦合，常规控制策略难以满足输出零稳态误差、快速动态响应、输入电流畸变小等要求。此外，由于小信号假设，常规线性和非线性控制策略，无法适用于大信号工作条件。当出现大的瞬态变化时，换流器的行为无法充分地反映出来。作为一种在设计选择中具有高度灵活性的控制方法，滑模控制比其他非线性控制方法更易于实现。滑模控制的主要优点是可以保证系统在参数不确定、存在外界干扰情况下的稳定性和鲁棒性。赵葵银等人利用滑模控制稳定三相整流桥的直流侧电压、保证系统的单位功率因数。Rong J W等人将滑模控制用于单相逆变器，针对逆变器的并网、孤岛2种运行方式分别设计控制方法。Fernando S J等人采用滑模控制设计了电压环，控制系统具有响应快、鲁棒性强、对外界干扰和参数扰动具有不变性等优点；但由于电流环采用滞环控制，存在输出电压有静态误差且开关频率不固定的缺点。在实际控制系统中，由于系统参数变化、外部扰动以及检测技术的限制等因素的影响，通常难以获得控制对象的精确模型，且匹配条件往往难以满足，使传统滑模控制无法达到理想品质。由上述分析可知，针对三相逆变器控制的现有技术对逆变器系统的数学模型的精确度要求高，未考虑实际系统参数不确定性与外界干扰问题对控制性能的想影响，因而鲁棒性不强，不符合实际应用的要求，工程实现较为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种设计合理并具有良好稳态和动态特性的基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法，包括以下步骤：步骤A、针对微电网并网运行与孤岛运行时的运行特性，分别建立逆变器系统的数学模型；步骤B、将自适应控制与滑模控制相结合，分别构建并网运行与孤岛运行时逆变器系统的自适应滑模控制模型；步骤C、逆变器系统的自适应滑模控制律作用于脉冲宽度调制(PWM)，对三相逆变器进行控制，从而实现微电网稳定的三相逆变器自适应滑模控制。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：1)本专利技术提出的自适应滑模控制方法可以保证系统在不确定性和非线性条件下、外界干扰情况下的鲁棒性和稳定性。2)本专利技术提出的控制方法使得微电网稳定控制器能够在并网运行时有效地抑制微电网与主电网交换功率波动，保证微电网与主电网交换功率可控。3)本专利技术的控制方法使得微电网稳定控制器能够为孤岛运行情况下的微电网提供电压、频率支持。4)本专利技术提出的控制方法可以实现微电网在并网与孤岛2种运行模式之间无缝切换。附图说明图1为现有的微电网的结构示意图。图2为本专利技术的基于自适应滑模的控制系统框图。图3为微电网稳定控制器交流侧电压波形图，其中图(a)为0.45—0.55s电压波形，图(b)为0.95—1.05s电压波形，图(c)为1.45—1.55s电压波形，图(d)为1.7—1.8s电压波形。图4为微电网稳定控制器交流侧电流波形图，其中图(a)为0.45—0.55s电流波形，图(b)为0.95—1.05s电流波形，图(c)为1.45—1.55s电流波形，图(d)为1.7—1.8s电流波形。图5为微电网稳定控制器输出功率图。图6为分布式电源输出电压波形图，其中图(a)为0.45—0.55s电压波形，图(b)为0.95—1.05s电压波形，图(c)为1.45—1.55s电压波形，图(d)为1.7—1.8s电压波形。图7为分布式电源输出电流波形图，其中图(a)为0.45—0.55s电流波形，图(b)为0.95—1.05s电流波形，图(c)为1.45—1.55s电流波形，图(d)为1.7—1.8s电流波形。图8为分布式电源输出功率图。图9为主网与微电网的交换功率图。具体实施方式本专利技术根据微电网的不同运行方式分析稳定控制器的运行特性，分别建立并网与孤岛运行时稳定控制器的数学模型。考虑到系统的不确定性和非线性，以控制变量的跟踪误差作为控制器的输入，将自适应控制与滑模控制相结合，设计逆变器系统的自适应滑模控制律作用于脉冲宽度调制，对三相逆变器进行控制，保证系统在参数不确定、存在外界干扰等情况下的稳态及动态特性。本专利技术的一种基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法，包括以下步骤：步骤A、针对微电网的并网运行与孤岛运行时的运行特性，分别建立逆变器系统的数学模型；所述的微电网并网运行时逆变器系统的数学模型为： e · i = a ( e i + i r e f ) + bu c o n 1 + cu 0 - i · r e f + w ]]>式中，ei＝diag(i0a-irefa,i0b-irefb,i0c-irefc)，i0a、i0b、i0c与irefa、irefb、irefc分别表示微电网稳定控制器交流侧相电流实际值、参考值；a＝diag(-Ra/Lga,-Rb/Lgb,-Rc/Lgc)，Lga、Lgb、Lgc为滤波电感值，Ra、Rb、Rc为换流桥、电感及线路等效串联电阻值；iref＝diag(irefa,irefb,irefc)；b＝diag(1/Lga,1/Lgb,1/Lgc)，ucon1＝diag(ucon1a,ucon1b,ucon1c)，ucon1a、ucon1b、ucon1c为微电网并网运行时控制信号；c＝diag(-1/Lga,-1/Lgb,-1/Lgc)，u0＝diag(u0a,u0b,u0c)，u0a、u0b、u0c表示微电网稳定控制器交流侧三相电压；w为系统的总不确定性；所述的微电网孤岛运行时逆变器系统的数学模型为： X · 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、针对微电网的并网运行与孤岛运行时的运行特性，分别建立逆变器系统的数学模型；步骤B、将自适应控制与滑模控制相结合，分别构建并网运行与孤岛运行时逆变器系统的自适应滑模控制模型；步骤C、将逆变器系统的自适应滑模控制模型作用于脉冲宽度调制PWM，对三相逆变器进行控制，从而实现微电网稳定的三相逆变器自适应滑模控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、针对微电网的并网运行与孤岛运行时的运行特性，分别建立逆变器系统的数学模型；步骤B、将自适应控制与滑模控制相结合，分别构建并网运行与孤岛运行时逆变器系统的自适应滑模控制模型；步骤C、将逆变器系统的自适应滑模控制模型作用于脉冲宽度调制PWM，对三相逆变器进行控制，从而实现微电网稳定的三相逆变器自适应滑模控制。2.根据权利要求1所述基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法，其特征在于，步骤A中所述的微电网并网运行时逆变器系统的数学模型为： e · i = a ( e i + i r e f ) + bu c o n 1 + cu 0 - i · r e f + w ]]>式中，ei＝diag(i0a-irefa,i0b-irefb,i0c-irefc)，i0a、i0b、i0c与irefa、irefb、irefc分别表示微电网稳定控制器交流侧相电流实际值、参考值；a＝diag(-Ra/Lga,-Rb/Lgb,-Rc/Lgc)，Lga、Lgb、Lgc为滤波电感值，Ra、Rb、Rc为换流桥、电感及线路等效串联电阻值；iref＝diag(irefa,irefb,irefc)；b＝diag(1/Lga,1/Lgb,1/Lgc)，ucon1＝diag(ucon1a,ucon1b,ucon1c)，ucon1a、ucon1b、ucon1c为微电网并网运行时控制信号；c＝diag(-1/Lga,-1/Lgb,-1/Lgc)，u0＝diag(u0a,u0b,u0c)，u0a、u0b、u0c表示微电网稳定控制器交流侧三相电压；w为系统的总不确定性；所述的微电网孤岛运行时逆变器系统的数学模型为： X · k = A k X k + D k I o k + B k ( U k + W k ) ]]>式中，k＝a,b,c，Ca、Cb、Cc为滤波电容，Bk＝[0 1/LgkCk]T，Uk＝[ucon2k]，ucon2k为微电网孤岛运行时控制信号，Wk为系统的总不确定项。3.根据权利要求1所述基于自适应滑模控制的微电网稳定控制方法，其特征在于，步骤B中所述的微电网并网运行时三相逆变器的自适应全局滑模控制律为： u c o n 1 = - βe i - b - 1 ( ai r e f + cu 0 + i · r e f + ϵ s i g n ( s ) ) - b s · a b s ( b s ) - 1 q ^ ]]>式中，β为状态反馈系数，ε为小的正常数，s为并网运行时的全程滑模面矩阵，s＝diag(sa,sb,sc)，sign(·)表示符号函数，sign(s)＝diag(sign(sa),sign(sb),sign(sc))；abs(·)表示取绝对值函数；是q的估计值，q系统的不确定性的上界；所述的微电网孤岛运行时三相逆变器的自适应全局滑模控制律为： u c o n 2 k = - βe k - ( C k B k ) - 1 ( C k A ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝华，洪珊，李明磊，杨加意，单馨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32