一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法技术

一种混合微电网中交直流断面多换流器的协调控制方法，包括：根据交直流微电网的结构、参数建立数学模型，具体是考虑boost电路开关非线性的特性，根据数值理论，采用平均状态法，建立boost电路的数学模型；考虑到交直流混合微电网中多个boost电路、光伏发电、微电网负荷和交流断面中多个换流器的特性，根据加权混合灵敏度问题的H∞设计方法，将影响微电网控制效果的输入量进行分离，划分为可控变量和干扰量，即分为能够调节的电气量和不能够调节的电气量，建立状态空间；基于加权混合灵敏度问题的H∞方法，设计交直流混合微电网交直流潮流断面多换流器K∞协调控制器。本发明专利技术根据要设计的性能指标，可灵活通过调整权函数，不断提高控制器性能，保证直流系统电压质量。

Coordinated control method for AC and DC section multi converter in hybrid microgrid

Including the coordination control method, an AC-DC converter of hybrid microgrid: a mathematical model is established according to the structure and parameters of DC micro grid, in particular considering the characteristics of boost circuit switch nonlinear, according to numerical theory, using the average state method, mathematic model of boost circuit; considering the AC / DC Hybrid Micro grid multiple boost circuit, photovoltaic power generation, micro grid load and AC section in multiple converter characteristics, according to the design method of H - weighted mixed sensitivity problem, the input control effect of micro grid were separated and divided into controllable variables and disturbances, namely the electric quantity can be adjusted and the electric quantity is not able to control, the establishment of the state space; robust H method of weighted mixed sensitivity problem based on the design of AC / DC hybrid AC / DC power flow of the micro grid K H-infinity coordinated controller for converter. According to the performance index to be designed, the performance of the controller can be continuously improved by adjusting the weight function, and the voltage quality of the DC system is guaranteed.

【技术实现步骤摘要】
一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法
本专利技术涉及一种交直流断面多换流器的控制方法。特别是涉及一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法。
技术介绍
当今能源与环境问题日益凸显，发展利用可再生能源已成为共识。微网作为一种包含可再生能源等分布式发电技术的综合集成技术，凭借其对可再生能源的高度兼容性和对分布式发电的灵活调控能力，在日益强调节能环保的今天得到了业内的普遍重视。交直流混合微网可综合发挥交流微网与直流微网的互补优势，拥有更加广泛的适用领域。交直流混合微网运行控制问题是一个高维度、非线性、多电力电子器件的复杂系统控制问题。传统数学控制方法及其改进控制算法计算精确，但通常对系统数学模型精度有很高要求，当系统参数发生较小变化时会严重影响控制效果，鲁棒性较差而且求解难度大。近些年来，H∞鲁棒控制理论发展迅速，在航天器控制方面得到了大规模应用，而在电力系统控制方面应用较少。在经典理论中一般只分析单回路摄动，得到的稳定域往往大于多回路同时摄动。因此设计的控制器可能出现不稳定情况。基于回路成形的H∞MIMO设计方法通过求解黎卡提方程能求得保证系统内稳定的控制器，并能根据系统要求设计多回路同时摄动的最大容许范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够提高系统鲁棒性的混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种混合微电网中交直流断面多换流器的协调控制方法，包括如下步骤：1)根据交直流微电网的结构、参数建立数学模型，具体是考虑boost电路开关非线性的特性，根据数值理论，采用平均状态法，建立boost电路的数学模型；2)考虑到交直流混合微电网中多个boost电路、光伏发电、微电网负荷和交流断面中多个换流器的特性，根据加权混合灵敏度问题的H∞设计方法，将影响微电网控制效果的输入量进行分离，划分为可控变量和干扰量，即分为能够调节的电气量和不能够调节的电气量，建立状态空间；3)基于加权混合灵敏度问题的H∞方法，设计交直流混合微电网交直流潮流断面多换流器K∞协调控制器。步骤1)首先得到线性化的boost电路的数学模型化简得到：式中，ids为boost电路升压电感电流，t1为开关导通时间，t2为开关周期，Ui1为boost电路输入电压，Ld1为boost电路升压电感的电抗值，Ud1为boost电路电容电压，Cd1为boost电路电容值，Rd1为boost电路等效直流电阻，Uo为boost电路输出电压。步骤2)所述的将影响微电网控制效果的输入量进行分离，是将boost电路输入电压作为干扰量，将换流器滤波电容作为控制量，建立状态空间方程：其中，C＝[000R/Rd1R/Rd1R/Rd1]D2＝[000R/R1R/R2R/R3]并且有，Rin＝1/(1/R1+1/R2+1/R3+1/RL)S＝1/Rd1+1/Rd2+1/Rd3+1/RinR＝1/S其中，各符号的定义如下：Ld1/Ld2/Ld3为Boost电路升压电感，C1/C2/C3为直流滤波电容，D1/D2/D3为Boost电路占空比，L1/L2/L3为直流滤波电感，Cd1/Cd2/Cd3为Boost电路高端压容，R1/R2/R3为滤波器与线路等效电阻，Rd1/Rd2/Rd3为Boost电路高压端直流输入电阻，RL为负荷等效电阻。步骤3)包括：(1)建立加权混合灵敏度动态结构方程如下式，在混合灵敏度设计方法中选取输出量y与参考值r的误差e作为控制器K∞的输入量，G是被控对象的控制输入量到输出量的传递函数G(s)；z1、z2、z3为设计过程中衡量K∞控制器的三个指标，其中，z1衡量直流母线电压对参考值的追踪能力，z1也是衡量不可控输入发生变化时，误差大小的指标，z2衡量在控制器作用下闭环系统对加性摄动的容许度，z3衡量控制器作用下闭环系统对乘性摄动的容许度；u是控制量；W1、W2、W3为权函数；(2)选择加权函数，根据控制器K∞需要对各指标压缩的频段对W1、W2、W3三个权函数的带宽进行设计；(3)利用标准2-Riccati方程对加权混合灵敏度动态结构方程进行求解得到控制器K∞。第(3)步所述的求解是利用matlab软件中的鲁棒控制工具箱中的hinf函数求解，或是利用mixsyn函数求解，或是利用hinfsyn函数求解。本专利技术的一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法，具有如下有益效果：(1)克服了经典控制理论在处理MIMO系统稳定域时的不足之处。(2)基于加权混合灵敏问题的H∞方法将鲁棒性能直接反映在系统的设计指标中，不确定性反映在相应的权函数上。根据要设计的性能指标，可灵活通过调整权函数，不断提高控制器性能。使得控制对象在实际中所存在的建模不确定性和参数摄动问题能很好地在H∞控制下得到解决。(3)根据交直流混合微网的结构，建立数学模型，解决了系统中boost电路和换流器非线性元件带来的系统的稳定问题和控制精度问题。基于目前boost电路普遍采用MPPT算法控制的前提下，本专利技术中H∞设计方法能够协调求解各个换流器中的控制器，使性能指标最优。因此控制器K∞能提高换流系统的响应速度，充分发挥每台换流器的作用，有利于交直流能量互动，保证直流系统电压质量。附图说明图1是本专利技术适用的一种交直流混合微网结构图；图2是本专利技术交直流混合微网动态结构图；图3是本专利技术适用于交直流微电网的控制图；图4是本专利技术中标准H∞控制问题说明图；图5是本专利技术中加权混合灵敏度动态结构图；图6是本专利技术中的交直流微电网等值模型图；图7是PV输出电压跌落10kV时，H∞控制与PI控制效果对比图；图8是PV出力降低时，H∞控制与PI控制效果对比图；图9是直流负荷变化时，H∞控制与PI控制效果对比图。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混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法做出详细说明。本专利技术的一种混合微电网中交直流断面多换流器的协调控制方法，是要克服传统方法及智能算法对非线性系统对模型精度的严格要求，利用H∞鲁棒控制理论，提出加权灵敏度协调控制方法。本专利技术以交直流混合微网系统的对加性摄动和乘性摄动的容许度以及追踪误差为指标，根据回路成形原理，建立系统的动态结构图，确定广义被控对象。按照实际工程中对各个指标的要求，确定加权函数。通过对各个权重函数的控制，可以控制各个指标的性能。利用现行矩阵不等式方法进行求解控制器。本专利技术的一种混合微电网中交直流断面多换流器的协调控制方法，包括如下步骤：1)根据交直流微电网的结构、参数建立数学模型，具体是考虑boost电路开关非线性的特性，根据数值理论，采用平均状态法，建立boost电路的数学模型；首先得到线性化的boost电路的数学模型化简得到：式中，ids为boost电路升压电感电流，t1为开关导通时间，t2为开关周期，Ui1为boost电路输入电压，Ld1为boost电路升压电感的电抗值，Ud1为boost电路电容电压，Cd1为boost电路电容值，Rd1为boost电路等效直流电阻，Uo为boost电路输出电压。。2)考虑到交直流混合微电网中多个boost电路、光伏发电、微电网负荷和交流断面中多个换流器的特性，根据加权混合灵敏度问题的H∞设计方法，将影响微电网控制效果的输入量进行分离，划分为可控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据交直流微电网的结构、参数建立数学模型，具体是考虑boost电路开关非线性的特性，根据数值理论，采用平均状态法，建立boost电路的数学模型；2)考虑到交直流混合微电网中多个boost电路、光伏发电、微电网负荷和交流断面中多个换流器的特性，根据加权混合灵敏度问题的H∞设计方法，将影响微电网控制效果的输入量进行分离，划分为可控变量和干扰量，即分为能够调节的电气量和不能够调节的电气量，建立状态空间；3)基于加权混合灵敏度问题的H∞方法，设计交直流混合微电网交直流潮流断面多换流器K∞协调控制器。

【技术特征摘要】
1.一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据交直流微电网的结构、参数建立数学模型，具体是考虑boost电路开关非线性的特性，根据数值理论，采用平均状态法，建立boost电路的数学模型；2)考虑到交直流混合微电网中多个boost电路、光伏发电、微电网负荷和交流断面中多个换流器的特性，根据加权混合灵敏度问题的H∞设计方法，将影响微电网控制效果的输入量进行分离，划分为可控变量和干扰量，即分为能够调节的电气量和不能够调节的电气量，建立状态空间；3)基于加权混合灵敏度问题的H∞方法，设计交直流混合微电网交直流潮流断面多换流器K∞协调控制器。2.根据权利要求1所述的一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法，其特征在于，步骤1)首先得到线性化的boost电路的数学模型化简得到：式中，ids为boost电路升压电感电流，t1为开关导通时间，t2为开关周期，Ui1为boost电路输入电压，Ld1为boost电路升压电感的电抗值，Ud1为boost电路电容电压，Cd1为boost电路电容值，Rd1为boost电路等效直流电阻，Uo为boost电路输出电压。3.根据权利要求1所述的一种混合微网中交直流断面多换流器的协调控制方法，其特征在于，步骤2)所述的将影响微电网控制效果的输入量进行分离，是将boost电路输入电压作为干扰量，将换流器滤波电容作为控制量，建立状态空间方程：其中，C＝[000R/Rd1R/Rd1R/Rd1]D2＝[000R/R1R/R2R/R3]并且有，Rin＝1/(1/R1+1/R2+1/R3+1/RL)S...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，付强，陈安伟，李国杰，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：河北,13