一种自储能多端柔直系统控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自储能多端柔直系统控制方法及系统，采用反推法设计系统控制器，实现直流电压的稳定和有功无功功率的快速独立控制，同时引入约束指令滤波器来解决反推控制的微分膨胀和控制饱和问题，并设计补偿信号解决滤波器的误差问题，引入自适应控制保证系统对不确定参数的鲁棒性，并使用投影算子对自适应不确定参数进行优化，基于Lyapunov稳定性理论设计系统的控制律，提高了系统的抗干扰能力，实现了整个系统的渐进稳定。最后在仿真软件中搭建了仿真模型，与传统PID控制算法、指令滤波反推算法进行比较，仿真结果表明本发明专利技术的控制方法具有更好的鲁棒性与动态响应性能，为自储能多端柔直系统的控制算法提供了理论依据和技术支持。

A Control Method and System for Self-Storage Multi-terminal Flexible System

The invention discloses a control method and system of self-storage multi-terminal flexible straight system. The system controller is designed by back-stepping method to realize the stability of DC voltage and the fast independent control of active and reactive power. Constrained instruction filter is introduced to solve the differential expansion and control saturation problems of back-stepping control. Compensation signal is designed to solve the error problem of filter and self-adaptation is introduced. The control guarantees the robustness of the system to uncertain parameters. The projection operator is used to optimize the adaptive uncertain parameters. The control law of the system is designed based on Lyapunov stability theory, which improves the anti-jamming ability of the system and achieves the asymptotic stability of the whole system. Finally, a simulation model is built in the simulation software. Compared with the traditional PID control algorithm and the instruction filter backstepping algorithm, the simulation results show that the control method of the present invention has better robustness and dynamic response performance, and provides theoretical basis and technical support for the control algorithm of self-storage multi-terminal flexible system.

【技术实现步骤摘要】
一种自储能多端柔直系统控制方法及系统
本专利技术属于柔性直流输电控制
，具体涉及一种自储能多端柔直系统控制方法及系统。
技术介绍
近年来，随着经济社会的持续高速发展，各级电网结构得到了显著地加强。随之而来的，高可靠性供电、高渗透率分布式能源友好接入对配电网电能传输技术提出了更高地要求。背靠背柔性直流(Back-to-BackVSC-HVDC)是最新发展的电网柔性控制技术，其基于共用直流母线的电压源换流器(VoltageSourceConverter，VSC)，将交流系统进行AC-DC-AC解耦互联，以实现任意馈线长期安全合环运行，大幅提升电网供电可靠性；PQ四象限控制，可精确调控电网潮流分布，提高电网运行经济性；省略直流线路环节，降低了控制系统的成本和复杂度，更适应配电网运行实际。以背靠背柔直为代表的潮流控制技术，本质依然是功率层面的调控，体现在能量层面是由电网在空间轴上提供“能量容器”，若互联馈线的可调容量较小，则会限制配电网运行优化效果。储能作为时间轴的“能量容器”，从本质上改变/改善了电能生产、传输和消费的同时性问题，可起到控制直流母线电压和电网削峰填谷能量平移的作用。自储能多端背靠背柔直技术，在空间轴和时间轴两个不同维度的能量调控技术实现了统一应用，可进一步加强多端柔直系统的控制能力，构建“源、网、荷、储、控”柔性互联配电网。对高渗透分布式能源友好并网，城市电网高可靠性供电等方面将起到巨大作用，直流输电系统传统多采用PID控制，存在控制器数量多、参数整定困难、暂态性能差等问题。当系统发生扰动或故障工况时，直流电压超调过大、系统响应时间长、难以快速恢复。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种自储能多端柔直系统控制方法及系统，首先建立了SES-MBTB非线性数学模型，采用反推法分别设计各子系统控制器。直流电压控制引入约束指令滤波器解决反推控制的微分膨胀问题，设计滤波补偿信号解决滤波器自身的误差与控制器输入饱和的问题。引入自适应控制保证系统对不确定参数的鲁棒性，并使用投影算子对自适应不确定参数进行优化，基于Lyapunov稳定性理论证明了系统渐进稳定。最后，仿真验证了投影自适应指令滤波反推控制具有良好的鲁棒性与动态响应性。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种自储能多端柔直系统控制方法，包括：采用反推法设计储能控制器和电压源换流器控制器，分别获得与储能控制器和电压源换流器控制器对应的控制律；基于自适应控制，使用投影法分别对各所述控制律中的自适应参数进行优化，获得储能控制器和电压源换流器控制器；所述储能控制器输出控制参数至自储能多端柔直系统中的储能装置，实现对储能装置的控制；所述电压源换流器控制器输出控制参数至自储能多端柔直系统中对应的电压源换流器，实现对应电压源换流器的控制。进一步地，所述采用反推法设计储能控制器和/或电压源换流器控制器具体为：分别设计Lyapunov函数和虚拟控制律，所述虚拟控制律用于保证自储能多端柔直系统中的储能装置或者电压源换流器的绝对收敛性。进一步地，所述自储能多端柔直系统为自储能背靠背多端柔直系统，所述控制方法还包括获得自储能背靠背多端柔直系统的数学模型；所述自储能背靠背多端柔直系统的数学模型具体为：式中，C表示直流侧电容，Udc表示直流母线电压，表示电压Udc对时间t导数，Usdi、idi分别表示电压源换流器交流电压与电流的d轴分量，Ub表示储能装置出口电压，ib表示储能装置出口侧电流。进一步地，所述采用反推法设计储能控制器，获得对应的控制律，包括：采用反推法设计储能控制器，首先得到储能控制器中的虚拟控制量为：式中：代表直流母线电压参考值，表示的一阶导数，k1代表大于0的可调参数，z1代表电压跟踪误差，Udc表示直流母线电压；所述虚拟控制量用于作为内环控制器的指令值，参与内环电流控制。进一步地，所述自储能多端柔直系统控制方法还包括：使用自适应估计值替换储能控制器中电容C；得到考虑了自适应估计的新的虚拟控制量为：进一步地，所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，还包括：向所述储能控制器中引入约束指令滤波器；所述新的虚拟控制量通过约束指令滤波器后输出信号及其导数所述约束指令滤波器的状态空间表达式为：式中：y1＝xc，δ＝xd，xd为输入量，xc为输出量，为输出量的导数，ξ为指令滤波器的阻尼，ωn为带宽，SR(·)和SM(·)分别代表速率和幅值约束；设计补偿信号，以弥补约束指令滤波器的误差，所述补偿信号的计算公式为：式中：ε为补偿信号，为补偿信号的导数，k1代表大于0的可调参数，为储能电流参考值。进一步地，所述自储能多端柔直系统控制方法还包括：基于以及正定Lyapunov函数采用反推法得到储能控制器的控制律为：式中，Urb代表储能装置桥臂侧电压，k1、k2为一个大于0的调节参数，为储能电流参考值的导数；Lb表示储能装置出口侧电感，Rb表示储能装置出口侧电阻，分别用于替换储能控制器中电阻R和电感L；z2代表储能装置的电流跟踪误差，的计算公式为：其中，为自适应估计值误差，e1为自适应估计值的参考值。进一步地，使用投影法对储能控制器的控制律中自适应估计值进行优化得到的不确定参数的自适应律，具体为：式中：Proj(,·,)为投影算子，γ1、γ2、γ3为误差系数。进一步地，定义自适应估计值为L1表示电网侧等效电感，R1表示电网侧等效电阻，估计值误差为e4和e5分别为自适应估计值和的参考值，正定Lyapunov函数为采用反推法设计电压源换流器控制器，得到电压源换流器控制器中的控制律为：式中：Urd1、Urq1分别为电压源换流器交流侧出口电压矢量d轴和q轴的分量，k3、k4为大于0的可调参数，id1、iq1分别为电压源换流器交流侧电流矢量d轴和q轴的分量，ω1为电网角频率；为电压源换流器交流侧电流矢量d轴分量的参考量，为的一阶导数；为电压源换流器交流侧电流矢量q轴分量的参考量，为的一阶导数；Usd1、Usq1分别为电压源换流器网侧电压矢量d轴和q轴的分量。进一步地，使用投影法对电压源换流器控制器中的控制律自适应估计值进行优化，得到不确定参数的自适应律为：式中，Proj(,·,)为投影算子，γ4、γ5为误差系数。第二方面，本专利技术提供了一种自储能多端背靠背柔直系统控制系统，包括：控制器的控制律获取模块，用于采用反推法设计储能控制器和电压源换流器控制器，获得对应的控制律；自适应参数优化模块；用于基于自适应控制，使用投影法对各所述控制律中的自适应参数进行优化，获得储能控制器和电压源换流器控制器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种自储能多端柔直系统控制方法及系统，首先将整个系统分解成多个子系统，所述子系统为储能装置或者电压源换流器；然后采用反推法分别设计各子系统的控制器。由于直流电压控制引入约束指令滤波器解决反推控制的微分膨胀问题，设计滤波补偿信号解决约束指令滤波器自身的误差与控制器输入饱和的问题；引入自适应控制保证自储能多端柔直系统对不确定参数的鲁棒性，使用投影算子对自适应不确定参数进行优化，并基于Lyapunov稳定性理论证明了自储能多端柔直系统的渐进稳定。最后，仿真验证了本专利技术的控制方法(即投影自适应指令滤波反推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于，包括：采用反推法设计储能控制器和电压源换流器控制器，分别获得与储能控制器和电压源换流器控制器对应的控制律；基于自适应控制，使用投影法分别对各所述控制律中的自适应参数进行优化，获得储能控制器和电压源换流器控制器；所述储能控制器输出控制参数至自储能多端柔直系统中的储能装置，实现对储能装置的控制；所述电压源换流器控制器输出控制参数至自储能多端柔直系统中对应的电压源换流器，实现对应电压源换流器的控制。

【技术特征摘要】
1.一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于，包括：采用反推法设计储能控制器和电压源换流器控制器，分别获得与储能控制器和电压源换流器控制器对应的控制律；基于自适应控制，使用投影法分别对各所述控制律中的自适应参数进行优化，获得储能控制器和电压源换流器控制器；所述储能控制器输出控制参数至自储能多端柔直系统中的储能装置，实现对储能装置的控制；所述电压源换流器控制器输出控制参数至自储能多端柔直系统中对应的电压源换流器，实现对应电压源换流器的控制。2.根据权利要求1所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述采用反推法设计储能控制器和电压源换流器控制器具体为：分别设计Lyapunov函数和虚拟控制律，所述虚拟控制律用于保证自储能多端柔直系统中的储能装置和电压源换流器的绝对收敛性。3.根据权利要求1所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述自储能多端柔直系统为自储能背靠背多端柔直系统，所述控制方法还包括获得自储能背靠背多端柔直系统的数学模型；所述自储能背靠背多端柔直系统的数学模型具体为：式中，C表示直流侧电容，Udc表示直流母线电压，表示电压Udc对时间t导数，Usdi、idi分别表示电压源换流器交流电压与电流的d轴分量，Ub表示储能装置出口电压，ib表示储能装置出口侧电流。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述采用反推法设计储能控制器，获得对应的控制律，包括：采用反推法设计储能控制器，首先获得储能控制器中的虚拟控制量为：式中：代表直流母线电压参考值，表示的一阶导数，k1代表大于0的可调参数，z1代表电压跟踪误差，Udc表示直流母线电压；所述虚拟控制量用于作为内环控制器的指令值，参与内环电流控制。5.根据权利要求4所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：还包括：使用自适应估计值替换储能控制器中电容C；得到考虑了自适应估计的新的虚拟控制量为：6.根据权利要求5所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于，还包括：向所述储能控制器中引入约束指令滤波器；所述新的虚拟控制量通过约束指令滤波器后输出信号及其导数所述约束指令滤波器的状态空间表达式为：式中：y1＝xc，δ＝xd，xd为输入量，xc为输出量，为输出量的导数，ξ为指令滤波器的阻尼，ωn为带宽，SR(·)和SM(·)分别代表速率和幅值约束；设...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕振华，葛乐，韩华春，李强，褚国伟，许建明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，南京工程学院，国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32