一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法技术

一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法，属于交流微电网系统稳定控制领域包括如下步骤：步骤1：分析交流微电网在孤岛运行模式下各个电气参数之间的数学关系，建立孤岛交流微电网控制模型，并规定交流微电网电压、电流的额定值，建立误差跟踪系统；步骤2：设计积分滑模面，采用二次型李雅普诺夫函数分析控制系统稳定性，构建线性矩阵不等式求解积分滑模函数控制矩阵；步骤3：设计切换控制律并通过调节切换控制律参数改变误差变量收敛速度以及达到稳定状态后的抖振情况；步骤4：根据交流微电网系统网络参数，进行仿真分析。本发明专利技术利用系统干扰衰减理论和积分滑模控制原理相结合来设计控制律，系统干扰衰减理论提高了微电网电压的稳定性，积分滑模控制原理确保了误差跟踪系统的准确性，实现交流微电网系统的稳定控制。实现交流微电网系统的稳定控制。实现交流微电网系统的稳定控制。

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法


[0001]本专利技术属于交流微电网系统稳定控制领域，特别涉及一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电技术的广泛应用，分布式发电技术与微电网架构正日益渗在透现代电力系统中。一个标准的交流微电网基本架构包括：分布式发电电源、转换器、变压器、公共连接点以及局部负荷等。由于微电网所涉及到的配电领域范围较小，并不涉及到远距离输电，所以微电网系统内采用的母线电压等级较低。分布式发电单元包含新能源发电设备、直流电源、电压源转换器以及交流侧滤波器。分布式发电包括多种形式，例如光伏发电、风力发电以及燃料电池等。微电网在孤岛运行模式下，分布式发电产生的功率应与系统内的负载消耗的功率匹配，为了保证微电网能稳定向负载提供电能，微电网电压稳定控制策略具有重要意义。
[0003]微电网在孤岛运行模式下，由于负荷侧功率的变化以及微电网系统参数变化等问题会使微电网的运行状态改变，因此微电网系统母线电压稳定控制是难点问题。
[0004]随着微电网的快速发展，微电网的稳定运行已成为目前主流研究方向。目前国内外科研领域，关于交流微电网稳定运行技术的研究，主要涉及交流微电网数学模型的搭建、并离网的稳定控制以及交流微电网功率分配等方面。应用的主要技术包括传统的下垂控制、神经网络建模、多智能体自适应控制、基于状态观测器的鲁棒控制以及PID控制等。
[0005]传统的下垂控制策略运用线性函数关系代表微电网参数之间的关系，但在实际运行过程中，线性函数难以代表参数间的复杂非线性关系，在实际应用中不能展现良好的控制性能。基于状态观测器的鲁棒滑模控制策略运用到交流孤岛微电网的电压控制中，削弱了滑模控制抖振的情况，但是引入了过多的参数，增加了系统复杂性；自适应控制策略以及PID控制策略局限于参数优化问题，稳定性较差，因此，以上控制策略并不能满足交流微电网系统稳定运行的更高要求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术提出一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法，设定交流微电网系统的额定值，建立误差跟踪系统，基于误差跟踪系统干扰项的衰减程度，利用积分滑模控制原理确保控制系统的渐近稳定性，实现交流微电网系统的稳定控制。
[0007]本专利技术采用技术方案如下：
[0008]一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0009]步骤1：分析交流微电网在孤岛运行模式下各个电气参数之间的数学关系，建立孤岛交流微电网数学模型，并将动态数学模型整理成带有不匹配不确定项以及外界干扰项的线性控制系统；
[0010]步骤1.1：考虑孤岛交流微电网的网架结构，建立孤岛交流微电网数学模型，微电
网包括分布式发电单元、电压源转换器、滤波器、变压器、断路器以及局部负荷六部分，其动态数学模型表达式为：
[0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017]其中：V
d
、V
q
为微电网供电电压，I
td
、I
tq
为分布式发电单元输出电流，I
Ld
、I
Lq
为微电网供电电流，V
td
、V
tq
为分布式发电单元输出电压；R
t
、L
t
包含电压源转换器、滤波器以及变压器在内的微电网线路电阻与电感；L、R代表局部负荷电感与电阻；C代表局部负荷电容；在实际情况下，微电网用户侧用电随机性会造成微电网功率不平衡，从而使交流微电网频率发生变化，因此微电网实际频率折算角速度ω＝ω0+Δω，ω0代表孤岛交流微电网额定频率折算角速度，Δω代表孤岛交流微电网频率变化值折算的角速度变化值；
[0018]步骤1.2：以微电网供电电压直轴分量V
d
、微电网供电电压交轴分量V
q
、分布式发电单元输出电流直轴分量I
td
、分布式发电单元输出电流交轴分量I
tq
、微电网供电电流直轴分量I
Ld
以及微电网供电电流交轴分量I
Lq
为系统状态变量，以分布式发电单元输出电压直轴分量V
td
分布式发电单元输出电压交轴分量V
tq
为系统控制输入建立交流微电网电压线性控制系统：
[0019][0020]其中：x(t)＝[V
d V
q I
td I
tq I
Ld I
Lq
]T
代表系统状态变量，u(t)＝[V
td V
tq
]T
代表系统控制输入，t代表时间，分布式发电单元采用新能源发电形式，在实际情况下，新能源发电受环境因素的影响，其输出电能具有随机性与波动性，因此w(t)代表电源侧输出电压不稳定所造成的系统干扰项；
[0021][0022][0023][0024]其中其中其中都是根据交流微电网在孤岛运行模式下的实际运行状况选取的实际参数归纳的实常数矩阵；ΔA(t)代表由微电网系统频率波动造成的参数不确定矩阵。
[0025]步骤2：根据交流微电网的实际运行情况，设定交流微电网供电电压、分布式发电单元输出电流以及微电网供电电流的直轴、交轴分量额定值，定义下列误差向量，并建立误差跟踪系统；
[0026][0027]动态跟踪误差系统的状态方程为：
[0028][0029]其中误差跟踪系统干扰项由微电网系统频率波动性与新能源发电不确定性组成，其有界||f(t)||≤η；
[0030][0031]步骤3：为保证交流微电网系统的稳定运行，针对误差跟踪系统设计积分滑模函数，基于系统外干扰项衰减程度设计线性矩阵不等式，采用二次型李雅普诺夫函数分析控制系统稳定性，求解积分滑模函数控制矩阵，确保误差跟踪系统的跟踪准确性与交流微电网系统的稳定性；
[0032]步骤3.1：根据步骤2中建立的交流微电网误差跟踪系统(9)，利用积分滑模控制的方法，设计积分滑模函数；
[0033]利用滑模函数可代表误差跟踪系统的状态，所设计的积分滑模函数s(t)为：
[0034][0035]式中，是给定的常数矩阵，满足LB为非奇异矩阵；是积分滑模函数中的控制矩阵，τ代表积分变量，可通过对以下步骤中的线性矩阵不等式求解获得；
[0036]步骤3.2：基于系统外干扰项衰减程度设计线性矩阵不等式，利用Matlab线性矩阵不等式工具箱求解线性矩阵不等式获得积分滑模函数中控制矩阵K，运用等效控制原理确保系统状态运行到滑模函数后的稳定性；
[0037]对积分滑模函数(11)进行求导得：
[0038][0039]当系统状态到达滑模函数后应保持稳定，即则系统等效控制律为：
[0040]u
eq
(t)＝
‑
(LB)
‑1L(ΔA(t)
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孤岛交流微电网电压积分滑模控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：分析交流微电网在孤岛运行模式下各个电气参数之间的数学关系，建立孤岛交流微电网数学模型，并将动态数学模型整理成带有不匹配不确定项以及外界干扰项的线性控制系统；步骤1.1：考虑孤岛交流微电网的网架结构，建立孤岛交流微电网数学模型，微电网包括分布式发电单元、电压源转换器、滤波器、变压器、断路器以及局部负荷六部分，其动态数学模型表达式为：学模型表达式为：学模型表达式为：学模型表达式为：学模型表达式为：学模型表达式为：其中：V
d
、V
q
为微电网供电电压，I
td
、I
tq
为分布式发电单元输出电流，I
Ld
、I
Lq
为微电网供电电流，V
td
、V
tq
为分布式发电单元输出电压；R
t
、L
t
包含电压源转换器、滤波器以及变压器在内的微电网线路电阻与电感；L、R代表局部负荷电感与电阻；C代表局部负荷电容；在实际情况下，微电网用户侧用电随机性会造成微电网功率不平衡，从而使交流微电网频率发生变化，因此微电网实际频率折算角速度ω＝ω0+Δω，ω0代表孤岛交流微电网额定频率折算角速度，Δω代表孤岛交流微电网频率变化值折算的角速度变化值；步骤1.2：以微电网供电电压直轴分量V
d
、微电网供电电压交轴分量V
q
、分布式发电单元输出电流直轴分量I
td
、分布式发电单元输出电流交轴分量I
tq
、微电网供电电流直轴分量I
Ld
以及微电网供电电流交轴分量I
Lq
为系统状态变量，以分布式发电单元输出电压直轴分量V
td
分布式发电单元输出电压交轴分量V
tq
为系统控制输入建立交流微电网电压线性控制系统：其中：x(t)＝[V
d V
q I
td I
tq I
Ld I
Lq
]
T
代表系统状态变量，u(t)＝[V
td V
tq
]
T
代表系统控制输入，t代表时间，分布式发电单元采用新能源发电形式，在实际情况下，新能源发电受环境因素的影响，其输出电能具有随机性与波动性，因此w(t)代表电源侧输出电压不稳定所造成的系统干扰项；
其中都是根据交流微电网在孤岛运行模式下的实际运行状况选取的实际参数归纳的实常数矩阵；ΔA(t)代表由微电网系统频率波动造成的参数不确定矩阵；步骤2：根据交流微电网的实际运行情况，设定交流微电网供电电压、分布式发电单元输出电流以及微电网供电电流的直轴、交轴分量额定值，定义下列误差向量，建立误差跟踪系统；
动态跟踪误差系统的状态方程为：其中误差跟踪系统干扰项由微电网系统频率波动性与新能源发电不确定性组成，其有界||f(t)||≤η；步骤3：为保证交流微电网系统的稳定运行，针对误差跟踪系统设计积分滑模函数，基于系统外干扰项衰减程度设计线性矩阵不等式，采用二次型李雅普诺夫函数分析控制系统稳定性，求解积分滑模函数控制矩阵，确保误差跟踪系统的跟踪准确性与交流微电网系统的稳定性；步骤3.1：根据步骤2中建立的交流微电网误差跟踪系统的状态方程，利用积分滑模控制的方法，设计积分滑模函数；利用滑模函数可代表误差跟踪系统的状态，所设计的积分滑模函数s(t)为：式中，是给定的常数矩阵，满足LB为非奇异矩阵；是积分滑模函数中的控制矩阵，τ代表积分变量，可通过对以下步骤中的线性矩阵不等式求解获得；步骤3.2：基于系统外干扰项衰减程度设计线性矩阵不等式，利用Matlab线性矩阵不等式工具箱求解线性矩阵不等式获得积分滑模函数中控制矩阵K，运用等效控制原理确保系统状态运行到滑模函数后的稳定性；对积分滑模函数(11)进行求导得：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，魏广宇，田晋羽，王恩祥，杨旭，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：