一种直流微电网变流器的反馈无源化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，包括如下步骤：步骤1，建立直流微电网的网络模型，直流微电网包括光伏阵列分布式电源、电池储能系统和本地负载；根据各个流器的状态方程推出的相对度对变流器进行分类；步骤2，证明网络模型中代表的节点的变流器是无源的，则变流器间的反馈连接也是无源的，整个直流微电网系统保持稳定；步骤3，进一步证明根据变流器的不同类型，通过反馈控制对变流器预设前馈无源控制参数，使变流器无源化；步骤4，计算初步状态反馈参数Kp和无源化参数Kpassive，最后控制参数K＝Kp+Kpassive；步骤5，设定完成的控制算法下载到数字信号处理器中，完成控制；本发明专利技术适用于微电网即插即用的方式和实时变化的结构。

Feedback passivity control method for DC micro grid converter

The invention discloses a method for passive feedback control of DC micro grid converter, comprising the following steps: 1, to establish the network model of DC micro grid, including photovoltaic array distributed power supply, battery energy storage system and local load DC micro grid; according to the state equation of each flow is the relative degree of converter classification step 2, converter; that node represents the network model of the converter is passive, is between the feedback connection is passive, the DC micro grid system to maintain stability; step 3, further proof that according to different types of converter, through the feedback control of preset feedforward control parameters of passive converter, the converter; step 4 preliminary calculation, state feedback parameters Kp and passive parameters Kpassive, finally the control parameters K = Kp+Kpassive; step 5. The control algorithm is downloaded to the digital signal processor to complete the control; the invention is suitable for the micro grid plug and play mode and the real-time change structure.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流微电网的控制方法，具体涉及直流微电网的多种变流器的反馈无源化控制方法。
技术介绍
利用可再生资源是解决化石燃料的高价格和对环境污染的一种有效方式。分布式发电是将可再生资源整合到电网的一种有效途径。由于现代电力电子技术，很多可再生资源都能方便地产生直流电。现在的电网技术仍不能完全适应分布式发电的接入要求，于是微电网额的概念应运而生。对于直流微电网，稳定性问题是至关重要且不能避免的。微电网中变流器的连接可能会对系统造成振荡甚至不稳定。近几年，人们在这个问题上做了很多研究。比如通过阻抗小信号稳定，通过非线性方法研究大信号稳定问题。但是这个研究方法都需要整个电网准确的模型。同时，稳定设计对每个变流器的变化都很敏感。但是微电网中分布式电源，储能系统，负载随着时间变化经常改变。总之，现有技术基于全局观点解决问题的稳定化方法都不适用于将来直流微电网更高的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，通过分析直流微电网中如果变流器接口是无源的，变流器之间的连接也是无源的，从而使整个系统就能达到渐进稳定的同时，将变流器按相对度进行分类，分别详细地描述了设计变流器控制器参数的步骤，从而提高整个系统的稳定性。一种用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，包括如下步骤：步骤1，建立直流微电网的网络模型，直流微电网包括光伏阵列分布式电源、电池储能系统和本地负载；根据各个流器的状态方程推出的相对度对变流器进行分类，其中相对度是2的变流器为类型Ⅰ，相对度是1的变流器为类型Ⅱ。步骤2，证明网络模型中代表的节点的变流器是无源的，则变流器间的反馈连接也是无源的，整个直流微电网系统保持稳定；步骤3，进一步证明根据变流器的不同类型，通过反馈控制对变流器预设前馈无源控制参数，使变流器无源化；步骤4，根据变流器类型的不同，分别计算初步状态反馈参数Kp和无源化参数Kpassive，最后控制参数K＝Kp+Kpassive，占空比d＝Kx，其中x指代电容电压、电感电流以及积分器状态三个变量。步骤5，将步骤4中设定完成的控制算法下载到数字信号处理器中，通过该控制环节，使得系统保证稳定，完成直流微电网的控制。优选的，步骤1中，通过多智能体网络将直流微电网定义为由节点和动态连边组成的网络，其中节点是受控的变流器，动态连边是不受控制的传输线路和负载。此种分割方式将带设计部分和现有物理模型分割开来，方便应用无源理论中的反馈连接无源性，有利于控制器的分析与设计。优选的，步骤2中，所述无源表示为：存在如下的非负的储能函数H(x)和一个非负的耗散函数d(t)满足以下公式：∫0tuT(τ)y(τ)dτ=H(x(t))-H(x(0))+d(t)]]>这里x是系统的状态变量，u和y是具有相同维度的输入和输出向量；积分表示提供给系统的能量；H(x(t))和d(t)分别表示储存的能量和在系统中耗散的能量。优选的，步骤2中，证明网络模型中代表的节点的变流器是无源的，则变流器间的反馈连接也是无源的，此步骤目的在于明确物理模型和待设计控制器之间的连接方式，有利于对控制器进行设计，其具体步骤如下：2-1当变流器工作在并网模式下，无源分析变成多输入多输出，公式表示如下：G1(s)＝diag(gi1(s))，G2(s)＝diag(gi2(s))；其中，gi1(s)和gi2(s)分别是第i个变流器中到输出电压uic和从输入电流iiT到输出电压uic的传递函数；2-2Y(s)为所述变流器之间连接关系的对称矩阵，-i(s)＝Y(s)u(s)这里u(s)＝[u1c(s),...,unc(s)]，i(s)＝[i1T(s),...,inT(s)]；当G2(s)是无源的，则G2(s)和Y(s)的反馈连接是渐进稳定的；2-3在频域条件下：i(jω)＝(G(ω)+B(ω)j)u(jω)；G(ω)和B(ω)分别代表Y(jω)的实部和虚部，得到吸收的功率为：P=Re(u*Yu)=Re(u*(G(ω)+B(ω)j)u)=u*G(ω)u]]>因为所有传输线和负载都含有电阻，因此P＞0，即：Y(jω)+Y*(jω)>0,ω∈(-∞,∞);]]>2-4定义第i个变流器和直流母线之间的导纳为Yi(s)，第i个变流器和负载的导纳为Y0(s)，因为传输线只有电阻和电感，所以Yi可以写成：Yi(s)=1Lis+Ri;]]>2-5定义：Σi=0nYi(s)=Yt(s);]]>因为Yi(s)是由电阻R和电感L组成的，因此是严格正实的，所以Yt(s)也是严格正实的，也是如此。使用节点电压法，可以得到：2-6定义对于对角元素和非对角元素：Yi(1-YiYt)=Nt(s)-D‾i(s)Di(s)Nt(s);]]>Yij(s)=-D‾j(s)Di(s)Nt(s);]]>这里Di(s)Nt(s)是矩阵各元素的特征多项式，也是和Yi(s)严格正实性的赫尔维茨判据；经以上分析，Y(s)在Re[s]≥0域上解析，因此Y(s)是弱正实性的；2-7当G(s)和Y(s)分别是正实性和弱正实性的，那么它们之前的反馈连接就是渐进稳定的，从uref(s)到uc(s)的传递函数：uc(s)＝[1+G2(s)Y(s)]-1G1(s)uref(s)；[1+G2(s)Y(s)]-1是渐进稳定的；2-8使用控制器使从uref到uc的传递函数即每个变流器的传递函数G1i(s)变成稳定。就能实现整个系统稳定，从而渐进跟踪参考值。所以关键就是设计控制器使得每种变流器都是无源的，使其对应的传递函数是正实的。优选的，步骤3中，为了利用步骤2中反馈连接的无源系统总是无源的这一结论，各变流器需要进行反馈无源化，其证明方法如下：3-1得到类型Ⅰ变流器的大信号模型：Li·L=d(Vg-iLRL-uc)+d′(-iLRL-uc)=-RLiL-uc+Vgd]]>Cu·c=iL+iT]]>3-2控制器含有如下形式的积分器：ξ·=uref-uc]]>d＝u＝kuuc+kiξ+kLiL-kuuref其中uref在接下去的分析中被忽略，只要系统保持稳定，就能保证渐进跟踪uref；3-3将所述大信号模型公式和积分器方程组合后得到如下公式：i·Lu·cξ·=-RLL-1L01C000-10iLucξ+VgL00d+01C0iT]]>z=uc=[010]iLucξ]]>3-4将步骤3-3得到的公式定义为：x·=Ax+Bu+CiT]]>z＝Hx其中HB＝0，HAB≠0，那么A相对度就是2；3-5将步骤3-4定义的公式经过坐标变换和基于相对度变换的初步状态反馈，可以表达为：其中，x1＝uc，将上式定义为x·′=A′x′+B′u~+G′iT;]]>z＝H′x′；所述初步状态反馈就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立直流微电网的网络模型，直流微电网包括光伏阵列分布式电源、电池储能系统和本地负载；根据各个流器的状态方程推出的相对度对变流器进行分类，其中相对度是2的变流器为类型Ⅰ，相对度是1的变流器为类型Ⅱ；步骤2，证明网络模型中代表的节点的变流器是无源的，则变流器间的反馈连接也是无源的，整个直流微电网系统保持稳定；步骤3，进一步证明根据变流器的不同类型，通过反馈控制对变流器预设前馈无源控制参数，使变流器无源化；步骤4，根据变流器类型的不同，分别计算初步状态反馈参数Kp和无源化参数Kpassive，最后控制参数K＝Kp+Kpassive，占空比d＝Kx，其中x指代电容电压、电感电流以及积分器状态三个变量；步骤5，将步骤4中设定完成的控制算法下载到数字信号处理器中，通过该控制环节，使得系统保证稳定，完成直流微电网的控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立直流微电网的网络模型，直流微电网包括光伏阵列分布式电源、电池储能系统和本地负载；根据各个流器的状态方程推出的相对度对变流器进行分类，其中相对度是2的变流器为类型Ⅰ，相对度是1的变流器为类型Ⅱ；步骤2，证明网络模型中代表的节点的变流器是无源的，则变流器间的反馈连接也是无源的，整个直流微电网系统保持稳定；步骤3，进一步证明根据变流器的不同类型，通过反馈控制对变流器预设前馈无源控制参数，使变流器无源化；步骤4，根据变流器类型的不同，分别计算初步状态反馈参数Kp和无源化参数Kpassive，最后控制参数K＝Kp+Kpassive，占空比d＝Kx，其中x指代电容电压、电感电流以及积分器状态三个变量；步骤5，将步骤4中设定完成的控制算法下载到数字信号处理器中，通过该控制环节，使得系统保证稳定，完成直流微电网的控制。2.如权利要求1所述的用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，其特征在于，步骤1中，通过多智能体网络将直流微电网定义为由节点和动态连边组成的网络，其中节点是受控的变流器，动态连边是不受控制的传输线路和负载。3.如权利要求1所述的用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，其特征在于，步骤2中，所述无源表示为：存在如下的非负的储能函数H(x)和一个非负的耗散函数d(t)满足以下公式：∫0tuT(τ)y(τ)dτ=H(x(t))-H(x(0))+d(t)]]>这里x是系统的状态变量，u和y是具有相同维度的输入和输出向量；积分表示提供给系统的能量；H(x(t))和d(t)分别表示储存的能量和在系统中耗散的能量。4.如权利要求3所述的用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，其特征在于，步骤2中，证明网络模型中代表的节点的变流器是无源的，则变流器间的反馈连接也是无源的具体步骤如下：2-1当变流器工作在并网模式下，无源分析变成多输入多输出，公式表示如下：G1(s)＝diag(gi1(s))，G2(s)＝diag(gi2(s))；其中，gi1(s)和gi2(s)分别是第i个变流器中到输出电压uic和从输入电流iiT到输出电压uic的传递函数；2-2Y(s)为所述变流器之间连接关系的对称矩阵，-i(s)＝Y(s)u(s)这里u(s)＝[u1c(s),...,unc(s)]，i(s)＝[i1T(s),...,inT(s)]；当G2(s)是无源的，则G2(s)和Y(s)的反馈连接是渐进稳定的；2-3在频域条件下：i(jω)＝(G(ω)+B(ω)j)u(jω)；G(ω)和B(ω)分别代表Y(jω)的实部和虚部，得到吸收的功率为：P=Re(u*Yu)=Re(u*(G(ω)+B(ω)j)u)=u*G(ω)u]]>因为所有传输线和负载都含有电阻，因此P＞0，即：Y(jω)+Y*(jω)>0,ω∈(-∞,∞);]]>2-4定义第i个变流器和直流母线之间的导纳为Yi(s)，第i个变流器和负载的导纳为Y0(s)，因为传输线只有电阻和电感，所以Yi可以写成：Yi(s)=1Lis+Ri;]]>2-5定义：Σi=0nYi(s)=Yt(s);]]>使用节点电压法，可以得到：2-6定义对于对角元素和非对角元素：Yi(1-YiYt)=Nt(s)-D‾i(s)Di(s)Nt(s);]]>Yij(s)=-D‾j(s)Di(s)Nt(s);]]>这里Di(s)Nt(s)是矩阵各元素的特征多项式，也是和Yi(s)严格正实性的赫尔维茨判据；2-7当G(s)和Y(s)分别是正实性和弱正实性的，那么它们之前的反馈连接就是渐进稳定的，从uref(s)到uc(s)的传递函数：uc(s)＝[1+G2(s)Y(s)]-1G1(s)uref(s)；[1+G2(s)Y(s)]-1是渐进稳定的；2-8使用控制器使从uref到uc的传递函数即每个变流器的传递函数G1i(s)变成稳定。5.如权利要求1所述的用于直流微电网变流器的反馈无源控制方法，步骤3中，各变流器的反馈无源化证明方法如下：3-1得到类型Ⅰ变流器的大信号模型：Li·L=d(Vg-iLRL-uc)+d′(-iLRL-uc)=-RLiL-uc+Vgd]]>Cu·c=iL+iT]]>3-2控制器含有如下形式的积分器：ξ·=uref-uc]]>d＝u＝kuuc+kiξ+kLiL-kuuref其中uref在接下去的分析中被忽略，只要系统保持稳定，就能保证渐进跟踪uref；3-3将所述大信号模型公式和积分器方程组合后得到如下公式：i·Lu·cξ·=-RLL-1L01C000-10iLucξ+VgL00d+01C0iT]]>z=uc=010iLuc...

【专利技术属性】
技术研发人员：项基，及非凡，邓鸿桥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33