一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法技术

一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，包含分布式电源系统、负荷以及各电力电子接口装置，将自抗扰控制技术运行于下垂控制策略中，其电压电流双环均采用自抗扰控制结构，实现了系统的电压稳定和电流分配，且该结构对系统的不确定性和外部扰动均具有鲁棒性；通过设计一种新型的二次控制策略，在保证电流分配精度的同时减小了直流母线电压偏差。本发明专利技术不同于其他已提出的控制方法，所提方法只需要在离散时刻采样全局电流信息，降低了通信负担，且抗扰性更强。

A Distributed Drop Control Method for DC Microgrid Based on ADRC Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法
本专利技术属于直流微电网中补偿母线电压及微源变流器功率输出均衡设计
，涉及一种考虑了基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，具体涉及含自抗扰控制的下垂控制方法。本专利技术属于直流微电网中补偿母线电压及微源变流器功率输出均衡设计
，具体涉及一种含母线电压补偿和负荷功率动态分配的直流微电网协调控制方法。
技术介绍
随着可再生能源越来越多地渗透到现代电网中，微电网的概念被提出作为集成分布式发电机和可控/不可控负载的集合实体。由于微电网中的各种类型的源和负载具有特征耦合，例如光伏、发光二极管照明等，因此采用直流微电网来收集这些单元是一种有效的方式。与交流微电网相比，直流微电网可以缩短通过减少dc-ac或ac-dc转换器的数量来实现能量转换。同时，它们还具有效率更高，可靠性更高，控制复杂度更低等优点。因此近年来，直流微电网已经成为了最受欢迎的研究课题之一。随着网络物理技术和先进的控制技术的发展，传统的微电网逐渐变得高度分散和自主，具备在并网和孤岛运行模式下自我管理的能力。直流微电网中逆变器的主要控制方法是下垂控制，其基于传统发电机的下垂特性，实现即插即用和点对点控制，无需通信和协调即可独立完成每个微源的功率分配。然而基于传统下垂控制的直流微电网运行时，易受负荷波动的影响而导致电压电流的偏移，对微电网的稳定运行产生影响。自抗扰控制技术不需要精确的系统模型，对控制对象不确定性具有鲁棒性。自抗扰控制能够通过估计扰动并实时消除，实现对扰动的抑制，具有天然的解耦性，在对耦合系统的的控制上远远超过了PID和其他基于模型的方法。它已被用于控制飞轮储能系统中的双向DC-DC变换器，以补偿模型不确定性和未知干扰。
技术实现思路
为了克服传统下垂控制策略存在的局限性，本专利技术的目的在于将自抗扰控制技术运用于下垂控制策略中，取代传统的PI控制，并提出一种新型二次控制策略，以保证系统电压的稳定和功率的合理分配。基于自抗扰的下垂控制电压电流双环均采用自抗扰控制结构，外环输出电压采用线性自抗扰控制结构，根据电压偏差迅速进行调节，补偿扰动，稳定输出电压，并通过二次控制的作用将电压提升至额定值；内环输出电流采用线性自抗扰控制结构，根据电流精度偏差迅速进行调节，补偿精度差异，提高电流分配精度。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，包括以下步骤：S1：搭建孤岛运行的直流微电网模型，包括分布式电源、直流负荷、储能装置以及各电力电子接口装置；S2：采样分布式电源的输出电压值与母线电压值，作为电压外环的输入信号；采样所有分布式电源的输出电流值，计算微网内的平均电流信息，作为电流内环的输入信号；S3：电压外环和电压内环均采用线性电压电流双环自抗扰控制器，获取用于调整母线电压的补偿修正量和调节电流精度偏差的电流修正量；S4：利用所述的母线电压补偿修正量和电流修正量设计分布式二次控制方法；S5：根据所述母线电压参考值采用基于电压电流双环自抗扰的下垂控制，生成控制DC/DC变流器的PWM信号。本专利技术中，所述微电网为孤岛直流微电网，该微电网由分布式电源通过变换器接入直流母线且各DG变流器在无互联的情况下，仅根据微源自身和相邻微源的测量信息，控制各自的输出电压和电流，实现微网内母线电压的稳定以及负荷功率的合理分配。进一步，所述步骤S1中，所述直流微电网包括以下构成：S1-1.分布式电源：实现低碳发电，在孤岛模式下，通过变换器接入直流母线；S1-2.负荷：多种类型的可控负荷包括直流负荷和交流负荷，分别通过直流-直流变换器和直流-交流变换器与直流母线相连；S1-3.储能装置：蓄电池和超级电容组成了混合储能系统，通过直流-直流变换器接入直流母线，保证系统的供电可靠性和稳定性；S1-4.电力电子接口装置：单向直流-直流变换器将分布式电源发出的电能进行电能变换接入直流母线，直流母线通过直流-交流变换器与交流大电网相连。再进一步，所述步骤S2中，母线电压的修正量包括以下过程：电压偏差为(U*-Ucom(t))，母线电压修正量表示为：式中Ucom(t)为直流母线电压，Δui(t)为母线电压修正量，即通过电压修正，在一个有限的时间T内，补偿输出电压的跌落，即limt→∞||U*-Ucom(t)||＝0(2)电流修正量表示为：式中ε为增益参数，为通信权重，表示该微源能够接收到直流母线电压信息，σ(t)为狄拉克函数。更进一步，所述步骤S3中，线性电压电流双环自抗扰控制器的步骤包括：S4-1.考虑到电流控制的微源能够被视为输入和总扰动的组合，由公式表示为：其中y、u分别为输出和输入，ω为扰动，b为补偿系数。典型自抗扰控制器由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性状态误差反馈控制律NLSEF组成；S4-2.跟踪微分器：根据参考输入V以及受控对象的特性确定过渡过程，得到理想的输入信号，TD表示为：式中V表示输入信号；h表示积分步长；fhan(V1，V2，r，h)表示非线性函数；S4-3.扩张状态观测器：ESO是ADRC的核心部分，用于解决主动抗扰技术中扰动观测这一核心问题，将总扰动扩张成系统的一个新状态变量，然后利用系统的输入、输出，重构出包含系统原有状态变量与扰动的所有状态，它并不依赖生成扰动的模型，也不需要直接测量就能对扰动进行观测，得到估计值，并在反馈中对其进行补偿，ESO表示为：式中fal(e，α，δ)表示非线性函数；u表示扰动补偿控制量；b为补偿增益系数；z1、z2表示信号y的状态估计量；z3表示总干扰估计信号；S4-4.非线性状态误差反馈控制律：NLSEF基于TD和安排过渡过程手段，可以跟踪产生过渡过程的误差信号，NLSEF为TD的输出和ESO产生的状态变量估计之间的误差的非线性组合，NLSEF表示为：S4-5.控制量生成：由于通过ESO，原对象中扩张出的代表扰动状态变量x3被状态变量ESO的z3跟踪，通过削减x3(即z3)，可将原对象简化成一个双重积分器串联单位增益的控制问题，进而可以得出控制量表达式如下：S4-6.线性化：针对被控对象式为构造状态空间模型为：其中：C＝[100]；D＝[0]；对应的连续线性扩张状态观测器LESO为：其中z为观测器的状态向量，L为观测器误差反馈增益矩阵，经过参数化，L设计为L＝[3ω03ω02ω03]，ω0为观测器带宽，观测器增益矩阵与观测器的带宽唯一相关，使得连续LESO的设计变得简单；S4-7.电压电流双环均采用线性自抗扰控制结构，取代传统的PI控制结构，电压外环以分布式电源输出电压与母线电压的参考值的差值(U*-Ucom)和逆变器输出电压Udci作为两个输入信号，获取用于调整母线电压的补偿修正量，电流内环以电流外环输出信号和逆变器输出电流Idci作为两个输入信号，根据电流精度偏差生成电流修正量进行调节。所述步骤S4中，设计一种新型分布式二次控制器如下：电压控制模块的输出是一系列由电压偏差调节产生的控制信号Δui(t)；电流控制模块的输出是一系列在时刻t上的狄拉克脉冲函数信号ΔIi(t)。两个输出信号经过积分器后产生最终的二次控制信号Δu(t)，一方面改善电流分配的精度，一方面减少了直流母线电压偏差。所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：搭建孤岛运行的直流微电网模型，包括分布式电源、直流负荷以及各电力电子接口装置；S2：采样分布式电源的输出电压值与母线电压值，作为电压外环的输入信号；采样所有分布式电源的输出电流值，计算微网内的平均电流信息，作为电流内环的输入信号；S3：电压外环和电流内环均采用自抗扰控制器，获取用于调整母线电压的补偿修正量和调节电流精度偏差的电流修正量；S4：利用所述的母线电压补偿修正量和电流修正量设计分布式二次控制方法；S5：根据所述母线电压参考值采用基于电压电流双环自抗扰的下垂控制，生成控制DC/DC变流器的PWM信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：搭建孤岛运行的直流微电网模型，包括分布式电源、直流负荷以及各电力电子接口装置；S2：采样分布式电源的输出电压值与母线电压值，作为电压外环的输入信号；采样所有分布式电源的输出电流值，计算微网内的平均电流信息，作为电流内环的输入信号；S3：电压外环和电流内环均采用自抗扰控制器，获取用于调整母线电压的补偿修正量和调节电流精度偏差的电流修正量；S4：利用所述的母线电压补偿修正量和电流修正量设计分布式二次控制方法；S5：根据所述母线电压参考值采用基于电压电流双环自抗扰的下垂控制，生成控制DC/DC变流器的PWM信号。2.如权利要求1所述的一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述直流微电网包括以下部分：S1-1.分布式电源：实现低碳发电，在孤岛模式下，通过变换器接入直流母线；S1-2.直流负荷：多种类型的可控负荷以及与微网实现能量双向流动的电动汽车；S1-3.电力电子接口装置：单向DC/DC变换器，将分布式电源发出的电能进行电能变换接入直流母线。3.如权利要求1或2所述的一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，电压偏差为(U*-Ucom(t))，母线电压修正量表示为：式中Ucom(t)为直流母线电压，Δui(t)为母线电压修正量；即通过电压修正，在一个有限的时间T内，补偿输出电压的跌落，即limt→∞||U*-Ucom(t)||＝0(2)电流修正量表示为：式中ε为增益参数，为通信权重，表示该微源能够接收到直流母线电压信息，σ(t)为狄拉克函数。4.如权利要求3所述的一种基于电压电流双环自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，S4-1.考虑到电流控制的微源能够被视为输入和总扰动的组合，由公式表示为：其中y、u分别为输出和输入，ω为扰动，b为补偿系数，典型自抗扰控制器由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性状态误差反馈控制律组成；S4-2.跟踪微分器：根据参考输入V以及受控对象的特性确定过渡过程，得到理想的输入信号，TD表示为：式中V表示输入信号；h表示积分步长；fhah(V1，V2，r，h)表示非线性函数；S4-3.扩张状态观测器：将总扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏春，徐鉴其，李祥山，余金城，徐向志，张有兵，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33