一种电能多端口低压交流混合H2/H制造技术

本发明专利技术提供一种电能多端口低压交流混合H2/H

【技术实现步骤摘要】
一种电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制方法


[0001]本专利技术涉及分布式发电接口逆变器控制
，具体是一种电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制方法。

技术介绍

[0002]传统的逆变器主要应用于不间断电源供电系统、电机控制、以及电能质量治理等领域；随着分布式电源的广泛应用，电压控制型的电力电子逆变器接口设备同样得到广泛的发展及研究。基于经典线性控制理论的电压电流双环控制方法应用较为广泛，物理意义清晰，控制器选取灵活，如同步坐标系下的比例积分控制器，静止坐标系下的比例谐振控制器等，都可以达到正弦交流信号无稳态误差控制。随着状态空间理论、现代控制理论以及最优控制理论的发展，一些新型的基于状态空间的控制方法成功应用于逆变器电压控制设计，如模型预测控制、李雅普诺夫函数控制方法、H
inf
控制、线性二次型控制等。这类基于时域最优控制方法通过各种时域指标进行优化设计，从而给逆变器设计带来了新的设计思路及良好的动态性能，获得了广泛的研究和应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制方法，其提出一种权矩阵为优化变量的改进线性二次型最优控制，同时采用H
inf
范数及闭环极点分配作为优化LQ权矩阵的附加约束，形成逆变器多目标优化设计算法，用于优化设计多重控制器增益参数，H
inf
范数及闭环极点配置的引入克服了LQ控制难以直接调节系统性能的缺点。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制方法，包括以下步骤：
[0006](1)将通过LC滤波器接入交流母线的三相逆变系统，基于复数变量建立经过Clark变换到αβ坐标系后的逆变器复变量模型；
[0007](2)将CVRC复变量模型与步骤(1)中建立的逆变器复变量模型相结合，设计得到含多重CVRC的逆变器系统状态空间模型，从而建立状态反馈控制律；
[0008](3)通过混合H2/H
inf
优化控制方法对步骤(2)建立的状态反馈控制律进行设计，并建立三种约束条件：系统线性二次性能指标约束、H
inf
性能指标约束以及区域极点配置约束，最后综合考虑所述三种约束条件进行混合优化求解。
[0009]进一步的，步骤(1)中基于复数变量建立经过Clark变换到αβ坐标系后的逆变器复变量模型，具体为：
[0010]逆变电源通过LC滤波器接入交流母线，逆变器控制输出电压向交流母线提供稳定的交流电压，u
c
、i
L
、v
c
、w
p
分别表示逆变器三相输出电压矢量、三相电感电流矢量、三相调制电压矢量以及三相负载电流矢量，亦表示如式(1)所示的复数变量；当三相系统经过Clark变换到αβ坐标系后，逆变器基本模型如(2)
‑
(3)所示：
[0011]v
αβ
＝v
α
+jv
β
ꢀꢀꢀ
(1)
[0012]其中v
αβ
表示αβ坐标系下复变量表示形式，v
α
、v
β
分别表示复变量v
αβ
的α轴分量和β轴分量；
[0013][0014]式(2)为逆变器状态空间模型，其中x
p
＝[i
L u
c
]表示状态复变量，i
L
、u
c
分别为电感电流与电容电压，y表示逆变器输出，A
p
、B
p1
、B
p2
、C
p
均为状态空间矩阵，具体如下：
[0015][0016]其中L、C分别表示滤波器电感和电容，R表示线路电阻。
[0017]进一步的，步骤(2)中将CVRC复变量模型与步骤(1)中建立的逆变器复变量模型相结合，设计得到含多重CVRC的逆变器系统状态空间模型，从而建立状态反馈控制律，具体步骤如下：
[0018]设计CVRC对逆变器进行控制，所述CVRC的传递函数如下：
[0019][0020]式中ω为中心角频率，j表示虚数单位；
[0021]所述CVRC简化的状态空间模型如下：
[0022][0023]其中x
c
为CVRC的状态变量，u
c
表示控制输入；
[0024]所述CVRC的反馈控制分为两个部分，一为实际物理状态量的状态反馈，其反馈控制律为表示电感电流反馈增益和电容电压反馈增益；另一部分则为跟踪控制，由CVRC完成此部分反馈跟踪控制，跟踪控制部分的反馈控制律为K
c
，表示中心角频率下CVRC的控制增益；
[0025]设计含多重CVRC的逆变器控制结构，其中基波角频率ω0＝100πrad/s；
[0026]通过误差表达式：
[0027]u
c
＝y
*
‑
Cx
p
ꢀꢀꢀ
(6)
[0028]其中y*表示参考电压，将式(6)代入式(2)得到含多重CVRC的系统增广状态空间方程为：
[0029][0030]增广状态变量为：
[0031]x＝[i
L
u
C
x
c1 x
c2
ꢀ…
x
cn
]T
ꢀꢀꢀ
(8)
[0032]包含多重CVRC的增广状态空间方程描述矩阵：
[0033][0034]B1＝[B
p1 0 0
ꢀ…ꢀ
0 0]T
ꢀꢀꢀ
(10)
[0035]C＝[C
p 0 0
ꢀ…ꢀ
0 0]ꢀꢀꢀ
(11)
[0036]B2＝[B
p2 0 0
ꢀ…ꢀ
0 0]T
ꢀꢀꢀ
(12)
[0037]R
∑
＝[0 1 1
ꢀ…ꢀ
1 1]T
ꢀꢀꢀ
(13)
[0038]设计状态反馈控制律：
[0039][0040]其中分别表示电感电流反馈增益和电容电压反馈增益；表示各个谐振频率点下CVRC的控制增益。
[0041]进一步的，步骤(3)中建立三种约束条件具体包括如下步骤：
[0042]建立线性二次性能指标约束：首先定义线性二次性能指标为：
[0043][0044]其中Q,R分别为加权矩阵，且Q≥0,R>0，对式(7)，若存在正定矩阵P、矩阵K使得不等式
[0045]Q+K
T
RK+P(A
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将通过LC滤波器接入交流母线的三相逆变系统，基于复数变量建立经过Clark变换到αβ坐标系后的逆变器复变量模型；(2)将CVRC复变量模型与步骤(1)中建立的逆变器复变量模型相结合，设计得到含多重CVRC的逆变器系统状态空间模型，从而建立状态反馈控制律；(3)通过混合H2/H
inf
优化控制方法对步骤(2)建立的状态反馈控制律进行设计，并建立三种约束条件：系统线性二次性能指标约束、H
inf
性能指标约束以及区域极点配置约束，最后综合考虑所述三种约束条件进行混合优化求解。2.根据权利要求1所述的电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制，其特征在于，步骤(1)中基于复数变量建立经过Clark变换到αβ坐标系后的逆变器复变量模型，具体为：逆变电源通过LC滤波器接入交流母线，逆变器控制输出电压向交流母线提供稳定的交流电压，u
c
、i
L
、v
c
、w
p
分别表示逆变器三相输出电压矢量、三相电感电流矢量、三相调制电压矢量以及三相负载电流矢量，亦表示如式(1)所示的复数变量；当三相系统经过Clark变换到αβ坐标系后，逆变器基本模型如(2)
‑
(3)所示：v
αβ
＝v
α
+jv
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中v
αβ
表示αβ坐标系下复变量表示形式，v
α
、v
β
分别表示复变量v
αβ
的α轴分量和β轴分量；式(2)为逆变器状态空间模型，其中x
p
＝[i
L u
c
]表示状态复变量，i
L
、u
c
分别为电感电流与电容电压，y表示逆变器输出，A
p
、B
p1
、B
p2
、C
p
均为状态空间矩阵，具体如下：其中L、C分别表示滤波器电感和电容，R表示线路电阻。3.根据权利要求1所述的电能多端口低压交流混合H2/H
inf
优化控制方法，其特征在于，步骤(2)中将CVRC复变量模型与步骤(1)中建立的逆变器复变量模型相结合，设计得到含多重CVRC的逆变器系统状态空间模型，从而建立状态反馈控制律，具体步骤如下：设计CVRC对逆变器进行控制，所述CVRC的传递函数如下：式中ω为中心角频率，j表示虚数单位；所述CVRC简化的状态空间模型如下：其中x
c
为CVRC的状态变量，u
c
表示控制输入；所述CVRC的反馈控制分为两个部分，一为实际物理状态量的状态反馈，其反馈控制律为表示电感电流反馈增益和电容电压反馈增益；另一部分则为跟踪控制，
由CVRC完成此部分反馈跟踪控制，跟踪控制部分的反馈控制律为K
c
，表示中心角频率下CVRC的控制增益；设计含多重CVRC的逆变器控制结构，其中基波角频率ω0＝100πrad/s；通过误差表达式：u
c
＝y
*
‑
Cx
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中y*表示参考电压，将式(6)代入式(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈煜，胡伟，杨志淳，杨帆，闵怀东，蒋伟，胡成奕，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：