基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法及系统技术方案

本公开是关于一种基于鲁棒扰动观测器的DC‑DC变换器动态补偿方法及系统。其中，该方法包括：获取DC‑DC变换器的状态空间模型，并对所述状态空间模型的电压补偿控制器及电流内环补偿控制器分别求解，得到所述DC‑DC变换器的状态空间模型动态补偿控制架构的所有参数；根据动态补偿控制架构的所有参数进行DC‑DC变换器动态补偿控制。本公开具有响应速度快，稳定母线电压的波动效率高等优点。

Dynamic compensation method and system of DC-DC converter based on robust disturbance observer

The present disclosure relates to a dynamic compensation method and system of DC \u2011 DC converter based on robust disturbance observer. The method includes: obtaining the state space model of the DC \u2011 DC converter, solving the voltage compensation controller and the current inner loop compensation controller of the state space model respectively, obtaining all parameters of the state space model dynamic compensation control architecture of the DC \u2011 DC converter, and performing the dynamic compensation control of the DC \u2011 DC converter according to all parameters of the dynamic compensation control architecture \u3002 The invention has the advantages of fast response speed, high fluctuation efficiency of stable bus voltage and the like.

【技术实现步骤摘要】
基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法及系统
本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法及系统。
技术介绍
近年来，化石能源逐渐衰减、传统发电模式引起生态环境严重污染以及人们对电能需求不断扩大，使得人们将目光转向了如光伏发电、风力发电等可再生能源发电。随着电动汽车充电桩与光伏等直流型分布式电源的快速发展，微电网中“源荷”的直流特性更加显著，直流微网在未来电网系统中的占比将逐渐增加。相比于交流微网，直流微网有效的减少了电能变换环节。例如，在交流微网中，风机发电需要将不规则的交流电变换为直流电，再将直流电转换为规则的交流电接入到交流微网，直流微网无需将直流电转换为交流电这一环节。同时，直流微网不需要考虑配电线路的涡流损耗和无功功率，避免了交流系统中有功、无功与频率电压之间的相互耦合及逆变器间由频率、相位不一致引起的环流和电流冲击。此外，直流微网可通过DC-AC变流器接入到交流微网或传统电网。DC-DC变换器是连接分布式电源与直流母线电压的桥梁，因此DC-DC变换器的控制效果决定了直流微网母线电压的稳定。分布式微源、负荷等具有随机波动性，这些随机功率波动会引起母线电压波动。由产生波动的原因可将其分为稳态和暂态两类，暂态问题是指由负荷或分布式微源投切引起的直流母线电压暂升、暂降。稳态问题包括分布式微源、负荷等的功率长时期随机变化引起的持续扰动。传统变换器通常采用电压电流双闭环控制策略，当直流微网出现暂态问题时，传统控制策略需要一定的时间使母线电压恢复到给定值。当直流微网出现稳态问题时，传统双闭环控制无法使母线电压保持恒定，母线电压会发生持续波动现象。交流不平衡负载、大容量变换器的投切或电网侧故障引起的剧烈波动会对直流母线电压造成冲击，严重时可能导致直流配电网系统崩溃。目前现有的技术中，为了抑制直流微网母线电压的波动，通常从接入外部设备和改进控制算法两发面考虑。接入外部设备的方法实际上是使设备输出反向电流以抵消原有功率波动，例如直流弹簧概念，调节可控负荷使其跟踪波动功率。改进控制算法主要是从控制的角度上对系统进行补偿，通常采用采用前馈的控制方法，也有专家提出MPC、SMVSC的方法。接入外部设备的方法需要加入大量的器件，结构复杂，增加了额外的成本。常用的前馈控制方法通常需要增加额外的传感器，且前馈项仍需经电流内环调节，存在一定的滞后现象。由上可知，需要提供一种或多种至少能够解决上述问题的技术方案。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法及系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。根据本公开的一个方面，提供一种基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法，包括：补偿参数计算步骤，获取DC-DC变换器的状态空间模型，并对所述状态空间模型的电压补偿控制器及电流内环补偿控制器分别求解，得到所述DC-DC变换器的状态空间模型动态补偿控制架构的所有参数；动态补偿控制步骤，根据动态补偿控制架构的所有参数进行DC-DC变换器动态补偿控制。在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿参数计算步骤包括：列写直流微网中各DC-DC变换器的微分方程，并将所述微分方程转化为状态空间模型的标准方程；基于所述状态空间模型的标准方程，通过龙伯格观测器得到扰动观测器的状态空间方程；对所述状态空间方程的电压补偿控制器求解，得到所述电压补偿控制器的解；基于DC-DC变换器的动态结构图，对电流内环补偿控制器求解，得到所述电流内环补偿控制器的解；将所述电压补偿控制器的解与电流内环补偿控制器的解代入传统控制结构，得到基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿控制架构的所有参数。在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿参数计算步骤包括：列写DC-DC变换器的微分方程：其中，Vi为DC-DC变换器输出电压，Iti为电感电流，ILi为扰动电流，Vti为buck变换器开关管后电压，Rti为电感寄生电阻，Lti为电感，Cti为电容，D为占空比；将DC-DC变换器转换为的状态空间模型的标准方程：其中，Vi0、Iti0、ILi0分别为稳态点输出电压、电感电流、扰动电流；选取载波幅值为±Vc，可得调制波Vr与平均值<Vti>的关系：可得DC-DC变换器的标准状态空间方程形式：在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿参数计算步骤包括：通过龙伯格观测器建立不含扰动项的状态观测器：增益矩阵L可由极点配置得到，极点取系统极点实部的2-5倍；结合标准状态空间形式得到扰动观测器：定义残差可得：输入为扰动d，输出为残差r。在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿参数计算步骤包括：基于鲁棒扰动观测器控制架构中的将电压补偿控制器求解进行模型匹配转化，使用扰动作用于控制对象的传递函数T2、电压补偿控制器Q(S)、扰动观测器T3三个串联的传递函数矩阵逼近传递函数矩阵T1求解电压补偿控制器：在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿参数计算步骤包括：对于最小相位系统，可以通过模型匹配转化计算得出电压补偿控制器的解；对于非最小相位系统，可以通过线性矩阵不等式LMI对其进行求解，得到电压补偿控制器的解。在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿参数计算步骤包括：根据基尔霍夫定律和拉普拉斯变换得出DC-DC变换器中的电压电流关系：对DC-DC变换器动态补偿控制架构进行分解，可得：当载波幅值为E/2时Kpwm为1，可得DC-DC变换器电流环补偿控制器的解为：在本公开的一个方面，提供一种基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿系统，包括：补偿参数计算模块，用于获取DC-DC变换器的状态空间模型，并对所述状态空间模型的电压补偿控制器及电流内环补偿控制器分别求解，得到所述DC-DC变换器的状态空间模型动态补偿控制架构的所有参数；动态补偿控制模块，用于根据动态补偿控制架构的所有参数进行DC-DC变换器动态补偿控制。本公开的示例性实施例中的基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法，获取DC-DC变换器的状态空间模型，并对状态空间模型的电压补偿控制器及电流内环补偿控制器分别求解，得到DC-DC变换器的状态空间模型动态补偿控制架构的所有参数；根据动态补偿控制架构的所有参数进行DC-DC变换器动态补偿控制。本公开相比于传统双闭环控制的系统，具有更快的响应速度以及稳定母线电压的波动效率高等优点。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法，其特征在于，所述方法包括：/n补偿参数计算步骤，获取DC-DC变换器的状态空间模型，并对所述状态空间模型的电压补偿控制器及电流内环补偿控制器分别求解，得到所述DC-DC变换器的状态空间模型动态补偿控制架构的所有参数；/n动态补偿控制步骤，根据动态补偿控制架构的所有参数进行DC-DC变换器动态补偿控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
补偿参数计算步骤，获取DC-DC变换器的状态空间模型，并对所述状态空间模型的电压补偿控制器及电流内环补偿控制器分别求解，得到所述DC-DC变换器的状态空间模型动态补偿控制架构的所有参数；
动态补偿控制步骤，根据动态补偿控制架构的所有参数进行DC-DC变换器动态补偿控制。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿参数计算步骤包括：
列写直流微网中各DC-DC变换器的微分方程，并将所述微分方程转化为状态空间模型的标准方程；
基于所述状态空间模型的标准方程，通过龙伯格观测器得到扰动观测器的状态空间方程；
对所述状态空间方程的电压补偿控制器求解，得到所述电压补偿控制器的解；
基于DC-DC变换器的动态结构图，对电流内环补偿控制器求解，得到所述电流内环补偿控制器的解；
将所述电压补偿控制器的解与电流内环补偿控制器的解代入传统控制结构，得到基于鲁棒扰动观测器的DC-DC变换器动态补偿控制架构的所有参数。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿参数计算步骤包括：
列写DC-DC变换器的微分方程：



其中，Vi为DC-DC变换器输出电压，Iti为电感电流，ILi为扰动电流，Vti为buck变换器开关管后电压，Rti为电感寄生电阻，Lti为电感，Cti为电容，D为占空比；
将DC-DC变换器转换为的状态空间模型的标准方程：



其中，Vi0、Iti0、ILi0分别为稳态点输出电压、电感电流、扰动电流；
选取载波幅值为±Vc，可得调制波Vr与平均值<Vti>的关系：



可得DC-DC变换器的标准状态空间方程形式：





4.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长斌，王海鹏，罗珊娜，马瑞，范辉，周京华，温春雪，朴政国，
申请(专利权)人：北方工业大学，国网河北省电力有限公司电力科学研究院，国网河北能源技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11