基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法技术方案

本申请提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，包括：将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；为微电网的切换系统模型设计切换律。该控制方法可有效保证两种运行模式切换的稳定性，防止切换的过程中出现振荡。

【技术实现步骤摘要】
基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法
本申请涉及微电网
，尤其涉及一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法。
技术介绍
微电网包括并网运行模式和孤岛运行模式。在正常条件下，微电网与大电网并网运行，微电网的电压与频率和大电网一致，二者一同为负载供电，当大电网存在故障问题时，微电网需要由并网运行模式转换为孤岛运行模式以维持负载供电，当故障问题解决后再与大电网连接。传统的微电网，当并网运行模式时选择P/Q控制，当孤岛运行模式时选择V/F控制，使得在P/Q控制和V/F控制之间切换，在切换的过程中会出现振荡，导致切换不稳定，会影响供电的可靠性。
技术实现思路
本申请的目的是针对以上问题，提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法。本申请提供一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，微电网的双模式包括并网运行模式和孤岛运行模式，包括以下步骤：将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到两个切换子系统，两个切换子系统分别为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；为微电网的切换系统模型设计切换律。根据本申请某些实施例提供的技术方案，建立dq坐标下的并网运行模式模型具体包括如下步骤：通过基尔霍夫电压定律得到并网运行模式下的数学模型公式(一)中，udc是微电网直流侧的电压，ea、eb、ec代表的是大电网侧的各相电压，ia、ib、ic是微电网中逆变器各相的输出电流，R是并网运行模式下滤波器的等效电阻值，L是并网运行模式下滤波器的等效电感值，Ka、Kb、Kc为逆变器中桥臂的开关信号；利用开关周期平均法，通过Park变换得到公式(二)中，id、iq是dq坐标下的微电网输出电流,ed、eq是dq坐标下的电网电压,Kd、Kq是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；对公式(二)进行变换，得到dq坐标下的并网运行模式模型公式(三)中，ud＝udcKd，uq＝udcKq；建立dq坐标下的孤岛运行模式模型具体包括如下步骤：通过基尔霍夫电压定律得到孤岛运行模式下的数学模型：公式(四)中，udc是微电网直流侧的电压，vca、vcb、vcc是微电网的各相电容电压，ia、ib、ic是微电网中逆变器各相的输出电流，ioa、iob、ioc是负载侧电流值，R是孤岛运行模式下滤波器的等效电阻值，L是孤岛运行模式下滤波器的等效电感值，C是孤岛运行模式下滤波器的等效电容值，Ka、Kb、Kc为逆变器中桥臂的开关信号；利用开关周期平均法，通过Park变换得到：公式(五)中，id、iq是dq坐标下的微电网输出电流,iod、ioq是dq坐标下的负载电流，vcd、vcq是dq坐标下的电容电压,Kd、Kq是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；对公式(五)进行变换，得到dq坐标下的孤岛运行模式模型：公式(六)中，ud＝udcKd，uq＝udcKq。根据本申请某些实施例提供的技术方案，微电网的切换系统模型的建立步骤具体包括：对公式(三)和公式(六)分别进行转化，选择状态变量x1＝id-id0，x2＝vcd-vcd0，x3＝vcq-vcq0，x4＝iq-iq0，得到微电网切换系统模型：其中(id0,iq0)，(vcd0,vcq0)表示系统稳态运行的工作点，公式(七)为并网运行模式切换子系统，公式(八)为孤岛运行模式切换子系统。根据本申请某些实施例提供的技术方案，通过如下步骤设计并网运行模式切换子系统的非线性控制器：定义z1＝x1，取第一阶Lyapunov函数V1对时间求导得到对公式(九)进行变换得到控制律ud的表达式ud＝ed+R(x1+id0)-Lω(x4+iq0)-Lc1z1公式(十)公式(十)中，c1为一个设计常数；定义z2＝x2，取第二阶Lyapunov函数V2对时间求导得到定义z3＝x3-x3d，其中x3d＝0，取第三阶Lyapunov函数V3对时间求导得到定义z4＝x4-x4d，其中x4d＝0，取整体Lyapunov函数V对时间求导得到对公式(十三)变换得到控制律uq的表达式uq＝eq+R(x4+iq0)+Lω(x1+id0)-Lc4z4公式(十四)公式(十四)中，c4为一个设计常数；则当c1＞0,c4＞0，对于并网运行模式切换子系统，在公式(十)和公式(十四)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：通过如下步骤设计孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器：定义z1＝x1，取第一阶Lyapunov函数V1对时间求导得到对公式(十六)进行变换得到控制律ud的表达式公式(十七)中，c1为一个设计常数；定义z2＝x2，z3＝x3-x3d，取第二阶Lyapunov函数V2对时间求导得到公式(十八)中，c2为一个设计常数；定义z4＝x4-x4d，取第三阶Lyapunov函数V3对时间求导得到公式(十九)中，c3为一个设计常数；取整体Lyapunov函数V对时间求导得到对公式(二十)变换得到控制律uq的表达式公式(二十一)中，c4为一个设计常数；则当c1＞0,c2＞0,c3＞0,c4＞0，对于孤岛运行模式切换子系统，在公式(十七)和公式(二十一)所表示的控制律下，闭环误差系统如下：根据本申请某些实施例提供的技术方案，将大电网电压和大电网频率是否在正常运行范围作为切换信号为微电网的切换系统模型设计切换律，所述切换律为：公式(二十三)中，σ(t)＝1表示大电网电压和大电网频率都在正常范围，σ(t)＝2表示大电网电压或大电网频率不在正常范围，本申请的有益效果：通过将并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网切换系统模型，并采用Backstepping法分别并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，同时为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数，有效地保证微电网两种运行模式切换的稳定性，防止在切换的过程中会出现振荡，从而确保供电的可靠性。附图说明图1为本申请实施例所采用的微电网结构图；图2为本申请实施例所采用的微电网逆变器电路与控制结构；图3为本申请实施例所采用的微电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，微电网的双模式包括并网运行模式和孤岛运行模式，其特征在于，包括以下步骤：/n将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；/n通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到两个切换子系统，两个切换子系统分别为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；/n采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；/n为微电网的切换系统模型设计切换律。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，微电网的双模式包括并网运行模式和孤岛运行模式，其特征在于，包括以下步骤：
将微电网的并网运行模式和孤岛运行模式看成两个子系统，分别建立dq坐标下的并网运行模式模型和孤岛运行模式模型；
通过对并网运行模式模型和孤岛运行模式模型增广，建立微电网的切换系统模型，即得到两个切换子系统，两个切换子系统分别为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统；
采用Backstepping法分别设计并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统的非线性控制器，为并网运行模式切换子系统和孤岛运行模式切换子系统构造共同的Lyapunov函数；
为微电网的切换系统模型设计切换律。


2.根据权利要求1所述的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，其特征在于，建立dq坐标下的并网运行模式模型具体包括如下步骤：
通过基尔霍夫电压定律得到并网运行模式下的数学模型



公式(一)中，udc是微电网直流侧的电压，ea、eb、ec代表的是大电网侧的各相电压，ia、ib、ic是微电网中逆变器各相的输出电流，R是并网运行模式下滤波器的等效电阻值，L是并网运行模式下滤波器的等效电感值，Ka、Kb、Kc为逆变器中桥臂的开关信号；
利用开关周期平均法，通过Park变换得到



公式(二)中，id、iq是dq坐标下的微电网输出电流,ed、eq是dq坐标下的电网电压，Kd、Kq是dq坐标下的开关信号，ω是角频率；
对公式(二)进行变换，得到dq坐标下的并网运行模式模型



公式(三)中，ud＝udcKd，uq＝udcKq；
建立dq坐标下的孤岛运行模式模型具体包括如下步骤：
通过基尔霍夫电压定律得到孤岛运行模式下的数学模型：



公式(四)中，udc是微电网直流侧的电压，vca、vcb、vcc是微电网的各相电容电压，ia、ib、ic是微电网中逆变器各相的输出电流，ioa、iob、ioc是负载侧电流值，R是孤岛运行模式下滤波器的等效电阻值，L是孤岛运行模式下滤波器的等效电感值，C是孤岛运行模式下滤波器的等效电容值，Ka、Kb、Kc为逆变器中桥臂的开关信号；
利用开关周期平均法，通过Park变换得到：



公式(五)中，id、iq是dq坐标下的微电网输出电流,iod、ioq是dq坐标下的负载电流，vcd、vcq是dq坐标下的电容电压,Kd、Kq是dq坐标下的开关信号,ω是角频率；
对公式(五)进行变换，得到dq坐标下的孤岛运行模式模型：



公式(六)中，ud＝udcKd，uq＝udcKq。


3.根据权利要求2所述的基于切换系统的微电网双模式稳定控制方法，其特征在于，微电网的切换系统模型的建立步骤具体包括：
对公式(三)和公式(六)分别进行转化，选择状态变量x1＝id-id0，x2＝vcd-vcd0，x3＝vcq-...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽颖，张鹏飞，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21