混合三电平能源路由器的控制方法技术

本发明专利技术公开混合三电平能源路由器的控制方法，涉及能源路由器领域，包括混合三电平能源路由器电路，由输入级、隔离级和输出级耦合而成，形成高压AC、高压DC、低压DC和低压AC，满足不同电压等级的交直流能源流接入，还包括双闭环自抗扰控制策略，分别为外环控制和内环控制；通过采用混合三电平结构实现能源路由器的架构，两电平采用SiC器件构建，采用自抗扰控制技术并改进充放电自抗扰控制策略进行设计，实现DC侧储能系统恒压、恒流充电和指定功率放电的功能，提高其在电网电压波动、参考值突变以及系统参数改变等情况下的抗扰动能力。及系统参数改变等情况下的抗扰动能力。及系统参数改变等情况下的抗扰动能力。

【技术实现步骤摘要】
混合三电平能源路由器的控制方法


[0001]本专利技术涉及能源路由器领域，具体涉及混合三电平能源路由器的控制方法。

技术介绍

[0002]2011年，美国北卡罗来纳大学提出基于FREEDM(future renewable electric energy deliveryand management)系统的能源互联网结构，FREEDM系统中智能能量管理设备(intelligent energymanagement，IEM)，即由固态变压器构成的能量路由器，实现了交直流电网的系统互联以及潮流的灵活控制。
[0003]能量路由器概念从提出到现在不到十年时间，近几年对其关注逐渐增多。相关的技术需要不断突破，其中DC侧储能系统恒压、恒流充电和指定功率放电的功能还需要改进，且其在电网电压波动、参考值突变以及系统参数改变等情况下的抗扰动能力也需要提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供混合三电平能源路由器的控制方法，通过采用混合三电平结构实现能源路由器的架构，两电平采用SiC器件构建，采用自抗扰控制技术并改进充放电自抗扰控制策略进行设计，实现DC侧储能系统恒压、恒流充电和指定功率放电的功能，提高其在电网电压波动、参考值突变以及系统参数改变等情况下的抗扰动能力。且基于ADRC设计的内环控制器，可减小电压、电流采样误差(扰动)、电网电压突变以及系统电感参数不精确等对系统控制的影响，有效地提高控制效果。
[0005]一种混合三电平能源路由器的控制方法，其特征在于，
[0006]包括混合三电平能源路由器电路，由输入级、隔离级和输出级耦合而成，形成高压AC、高压DC、低压DC和低压AC，满足不同电压等级的交直流能源流接入；
[0007]还包括双闭环自抗扰控制策略，分别为外环控制和内环控制，
[0008]对于n阶非线性系统：
[0009]y
(n)
＝f(y,y
′
,
…
,y
(n
‑
1)
,t)+w(t)+b
·
u (1)
[0010]其中，f(y,y
′
,
…
,y
(n
‑
1)
,t)为系统函数，可表征模型的不确定性，w(t)为系统其它不确定扰动，u为控制项，b为控制量增益；
[0011]所述外环控制采用恒流或者恒压方式，将设定值与实际值的偏差通过ADRC控制器产生控制信号idref、iqref，使其能够快速响应参考值突变以及量测值扰动，准确地跟踪参考电流或电压；
[0012]所述内环控制采用基于ADRC的前馈解耦控制，将三相瞬时电流iabc经Park变换后的dq轴分量id、iq分别与外环控制器输出的信号idref、iqref比较得到的误差作为ADRC控制器输入，然后通过电压前馈补偿和交叉耦合补偿，输出电压控制信号vd与vq。
[0013]2、根据权利要求1所述的一种混合三电平能源路由器的控制方法，其特征在于：所述外环控制在放电时，采用基于瞬时功率理论的功率解耦控制，直接获取作用于内环的参考信号。
[0014]3、根据权利要求1所述的一种混合三电平能源路由器的控制方法，其特征在于：所述自抗扰控制系统包括跟踪微分器和扩张状态观测器，n阶跟踪微分器给出了参考输入v的各阶导数跟踪信号e1、e2、
…
、en，n+1阶扩张状态观测器估计出对象的各阶状态变量z1、z2、
…
、zn和对象总扰动的实时作用量zn+1，非线性状态误差反馈利用跟踪微分器输出和扩张状态观测器输出的误差输出被控对象所需的控制量，并对扰动量进行补偿。
[0015]本专利技术的优点在于：通过采用混合三电平结构实现能源路由器的架构，两电平采用SiC器件构建，采用自抗扰控制技术并改进充放电自抗扰控制策略进行设计，实现DC侧储能系统恒压、恒流充电和指定功率放电的功能，提高其在电网电压波动、参考值突变以及系统参数改变等情况下的抗扰动能力。且基于ADRC设计的内环控制器，可减小电压、电流采样误差(扰动)、电网电压突变以及系统电感参数不精确等对系统控制的影响，有效地提高控制效果。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的混合三电平能量路由器拓扑；
[0017]图2为本专利技术的自抗扰控制系统原理图；
[0018]图3为本专利技术的控制原理图；
[0019]图4为本专利技术的外环控制器原理图；
[0020]图5为本专利技术的内环控制器原理图；
[0021]图6为本专利技术稳态运行的结果示意图；
[0022]图7为本专利技术在输入电压有2倍冲击时的结果示意图；
[0023]图8为本专利技术在输入电压发生频率闪变的结果示意图；
[0024]图9为本专利技术有负载投切时的结果示意图；
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0026]如图1至图9所示，
[0027]混合三电平能源路由器拓扑，基于三电平拓扑结构的能源路由器，输入级，隔离级，输出级三部分组成，形成高压AC，高压DC，低压DC，低压AC，满足不同电压等级的交直流能源流接入，如图1所示。
[0028]自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control，ADRC)技术是一种针对非线性、时变、耦合和不确定系统的鲁棒控制方法。基于ADRC技术的控制器具有超调小、收敛速度快、精度高、抗干扰能力强和算法简单等优点。
[0029]自抗扰控制汲取了经典PID控制和现代控制理论的优点，并对PID控制进行了改进。ADRC是一种基于量测的建模，其核心思想是将系统模型的不确定性(内部扰动)和其他不确定性(外部扰动)一起作为“总扰动”，通过构造“扩张状态观测器”对“总扰动”进行估计并实时补偿[82,83]。
[0030]对于n阶非线性系统：
[0031]y
(n)
＝f(y,y
′
,
…
,y
(n
‑
1)
,t)+w(t)+b
·
u
ꢀꢀ
(1)
[0032]其中，f(y,y
′
,
…
,y
(n
‑
1)
,t)为系统函数，可表征模型的不确定性；w(t)为系统其它不确定扰动；u为控制项，b为控制量增益。
[0033]图2中，n阶跟踪微分器(TD)给出了参考输入v的各阶导数跟踪信号e1，e2，
…
，en。n+1阶扩张状态观测器(ESO)估计出对象的各阶状态变量z1，z2，
…
，zn和对象总扰动的实时作用量zn+1。非线性状态误差反馈(NLSEF)利用TD输出和ESO输出的误差输出被控对象所需的控制量，并对扰动量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合三电平能源路由器的控制方法，其特征在于，包括混合三电平能源路由器电路，由输入级、隔离级和输出级耦合而成，形成高压AC、高压DC、低压DC和低压AC，满足不同电压等级的交直流能源流接入；还包括双闭环自抗扰控制策略，分别为外环控制和内环控制，对于n阶非线性系统：y
(n)
＝f(y,y
′
,
…
,y
(n
‑
1)
,t)+w(t)+b
·
u
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，f(y,y
′
,
…
,y
(n
‑
1)
,t)为系统函数，可表征模型的不确定性，w(t)为系统其它不确定扰动，u为控制项，b为控制量增益；所述外环控制采用恒流或者恒压方式，将设定值与实际值的偏差通过ADRC控制器产生控制信号idref、iqref，使其能够快速响应参...

【专利技术属性】
技术研发人员：代晓辉，范斌涛，杨倬，陈来军，邵美阳，陈相吾，
申请(专利权)人：陕西能源研究院有限公司青海大学，
类型：发明
国别省市：