一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法及系统，构建以储能DAB变换器为基础的小信号模型；建立电压外环控制的扰动方程；根据小信号模型和扰动方程建立以自抗扰控制器为核心的电压控制外环；通过电压控制外环得到下一时刻的占空比d；直流微网的母线观测电压值v

【技术实现步骤摘要】
一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法及系统


[0001]本专利技术属于中低压直流微电网
，具体涉及一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法及系统。

技术介绍

[0002]电气化对人类社会生产生活、经济发展起着重要作用。目前，人类基本活动离不开电力供应，如照明、取暖、电脑、家用电器的使用等。电力也成为了衡量国家贫困指数之一。随着电力电子和配电网的快速发展，传统电网面临着巨大的挑战。一方面，为了缓解化学能源带来的环境污染的问题的发展，光伏、风电等新能源受到了众多学者的关注。另一方面，由于电力电子器件的大规模应用，交直流配电网相互耦合，导致电能质量现象的来源更加复杂。在一些新能源较为充沛的地区或者传统配电网受限制的区域，微电网技术可以为该地区提供持续可靠的用电。但是由于新能源的间歇性出力与不可预测性，负载波动的随机性，对微电网的电能质量造成了一定程度的冲击。
[0003]直流微电网是充分利用新能源发电的一种有效形式，具有经济、高效、功率转换少、易于管理等优点。此外，直流电源和负载的大量使用也增加了直流微电网的应用。为了维持直流母线电压的稳定，需要采用储能系统对直流微电网进行电源管理。储能系统在近些年得到了迅速的发展，储能模块现在用于配电网中，进行电网削峰填谷的电能质治理。储能模块对微电网至关重要。微电网并网时，储能模块可以协调整体的功率分配，在新能源发电能量较多时，将多余的的能量储存在储能模块中；在微电网离网时，储能作为整体的能源模块，可以协同新能源一起为负载供能，而在新能源出力不足时，储能模块可以支撑母线电压，保证微电网的电能质量。由于储能模块在系统不同工作状态时，能量流动的方式不同。因此，储能端口应具备双向传输的要求。传统的储能端口为BUCK/BOOST双向端口，该结构具有控制、建模简单，成本低廉等优势。然而，随着直流微电网电压等级的发展，尤其是能量路由器的发展，使得储能应用的电压等级迅速上升。因此，考虑到电压等级的等级与安全性，以DAB拓扑为DC
‑
DC变流器的储能结构逐渐进入大众的视野。以DAB等隔离型拓扑所构成的储能模块有较高的传输效率，而且相比于非隔离型拓扑，其电压等级改变灵活，拓展性强，具有一定优势。
[0004]自抗扰控制技术是对传统反馈技术中一些问题独特的见解，例如高频噪声、线性组合、反馈扰动等。传统PI控制通过系统输出的误差来进行反馈调节，具有一定的滞后性，且反馈调节可能会存在超调等问题，对一些需要精密控制的场合来说不太适合。其最大的优点就是它将系统内外所有因素的影响归结为总扰动，通过总扰动来预测下一时刻的扰动，从而补偿扰动。通过改造其控制器的结构，提出了一种更加实用的线性自抗扰控制技术，该技术简化了控制器与控制函数，因此具有更强的普适性。现在，自抗扰控制技术已经广泛应用于无人机、机械控制中，甚至一些需要精密控制的航天器也采用自抗扰控制技术。
[0005]通过扰动消除扰动的核心思想较好的契合了直流微电网抑制电压扰动的要求。因此，利用自抗扰技术来抑制直流微电网的电压波动，可以有效提升系统的稳定性，对直流微
电网的电能质量治理具有一定效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法及系统，利用自抗扰控制器采集母线电压波动及微分，通过储能端口DAB变换器抑制直流微电网的电压波动。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法，包括以下步骤：
[0009]S1、构建以储能DAB变换器为基础的小信号模型；
[0010]S2、建立电压外环控制的扰动方程；
[0011]S3、根据步骤S1得到的小信号模型和步骤S2得到的扰动方程，建立以自抗扰控制器为核心的电压控制外环；
[0012]S4、通过步骤S3得到的电压控制外环，得到下一时刻的占空比d；
[0013]S5、直流微网的母线观测电压值v
o
依据步骤S4得到的下一时刻占空比d进行电压幅值调节，实现自抗扰控制。
[0014]具体的，步骤S1中，DAB变换器通过电压闭环控制稳定母线电压，设定DAB变换器工作在SPS模式，得到系统的传输功率P，根据传输功率P确定输出电流i
o
；对输出电流i
o
进行扰动分析，确定DAB变换器的输出电流扰动与输入电压的扰动系数λ以及输出电流扰动与输入占空比的扰动系数μ，即构建电流扰动下的DAB变化器的小信号模型。
[0015]进一步的，对输出电流i
o
进行扰动分析如下：
[0016][0017]其中，D与v
bat
是DAB变换器电路运行的稳态值，为函数f的偏导，为输入端电压的偏导，为输入端电压的扰动，为占空比的扰动，d为占空比。
[0018]进一步的，DAB变换器的输出电流与输入端的扰动以λ及输入占空比的扰动μ为：
[0019][0020][0021]其中，D与v
bat
是DAB变换器电路运行的稳态值，为函数f的偏导，V
bat
为输入端电压稳态值，n为DAB变化器增益比，T
s
为系统开关的时间周期，L
r
为系统传输电感，为占空比的扰动，为f函数对占空比d的偏导，d为占空比。
[0022]具体的，步骤S2中，电压外环控制的扰动方程具体为：
[0023][0024]其中，为输出侧电压的扰动，G
vs
(s)为输出电压到占空比的传递函数，为占空比的扰动，Z
out
(s)为DAB变换器的输出阻抗，为输出侧电流的扰动。
[0025]具体的，步骤S3中，根据步骤S2中得到的扰动方程建立的控制外环，自抗扰控制器包括扩张状态观测器与非线性误差反馈控制率，扩张状态观测器为二阶观测器，扩张状态
观测器用于产生输入信号的追踪值z1和母线电压的微分预测值z2，非线性误差反馈控制率为误差信号的整合与扰动的补偿；扩张状态观测器的输入为直流微网的母线电压得到观测电压值v
o
与设定的直流微网下一时刻母线参考电压值v
oref
；经过扩张状态观测器后得到微电网直流母线电压的追踪值与微分的预测值，自抗扰控制器以直流母线电压为主要控制目标，通过扩张状态观测器内部的b0系数补偿占空比d的扰动，通过观察微分预测值z2确定负载电流的变化，将负载电流前馈到控制回路，快速补偿系统扰动。
[0026]进一步的，储能工作在放电模式，通过限幅环节限制DAB变换器的输出功率在正方向，并限制DAB变换器的占空比为0～0.5。
[0027]进一步的，扩张状态观测器具体为：
[0028][0029]其中，e1为电压追踪值与实际值的差，为的电压追踪值的微分，为系统预测的总扰动，z1电压追踪值为，z2为微分预测值，v
o
为输出侧电压，β1、β本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制直流微电网电压波动的自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建以储能DAB变换器为基础的小信号模型；S2、建立电压外环控制的扰动方程；S3、根据步骤S1得到的小信号模型和步骤S2得到的扰动方程，建立以自抗扰控制器为核心的电压控制外环；S4、通过步骤S3得到的电压控制外环，得到下一时刻的占空比d；S5、直流微网的母线观测电压值v
o
依据步骤S4得到的下一时刻占空比d进行电压幅值调节，实现自抗扰控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，DAB变换器通过电压闭环控制稳定母线电压，设定DAB变换器工作在SPS模式，得到系统的传输功率P，根据传输功率P确定输出电流i
o
；对输出电流i
o
进行扰动分析，确定DAB变换器的输出电流扰动与输入电压的扰动系数λ以及输出电流扰动与输入占空比的扰动系数μ，构建电流扰动下的DAB变化器的小信号模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对输出电流i
o
进行扰动分析如下：其中，D与v
bat
是DAB变换器电路运行的稳态值，为函数f的偏导，为输入端电压的偏导，为输入端电压的扰动，为占空比的扰动，d为占空比。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，DAB变换器的输出电流与输入端的扰动以λ及输入占空比的扰动μ为：及输入占空比的扰动μ为：其中，D与v
bat
是DAB变换器电路运行的稳态值，为函数f的偏导，V
bat
为输入端电压稳态值，n为DAB变化器增益比，T
s
为系统开关的时间周期，L
r
为系统传输电感，为占空比的扰动，为f函数对占空比d的偏导，d为占空比。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，电压外环控制的扰动方程具体为：其中，为输出侧电压的扰动，G
vs
(s)为输出电压到占空比的传递函数，为占空比的扰动，Z
out
(s)为DAB变换器的输出阻抗，为输出侧电流的扰动。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，根据步骤S2中得到的扰动方程建立的控制外环，自抗扰控制器包括扩张状态观测器与非线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘翼肇，雷达，李胜文，张伟，赵金，杨洋，王浩羽，王翌琛，韩彭伟，
申请(专利权)人：西安交通大学国网山西省电力公司，
类型：发明
国别省市：