一种用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法，包括如下步骤：步骤1，首先对直流微电网的的双向DC/DC变换器进行状态平均建模；步骤2，在步骤1建模基础上，考虑到DC/DC变换器输入端电压以及负载变化，构建DC/DC变换器多胞模型；步骤3，针对DC/DC变换器多胞模型，采用基于线性矩阵不等式解法的最优LQ控制算法设计控制器。本发明专利技术解决了系统参数摄动时双向DC/DC变换器的鲁棒控制问题，通过该方法使得系统获取了较好的鲁棒性。的鲁棒性。的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法


[0001]本专利技术属于电力电子直流配电网电能多端口装备领域，具体涉及一种用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法。

技术介绍

[0002]微电网内光伏、风机、燃料电池、电池储能单元等产生的电能大部分为直流电或非工频交流电；常用电气设备，如个人电脑、手机、LED照明、变空调和电动汽车等，皆通过相应适配器变成直流电驱动。上述发电单元或负荷通过高集成度的交直流多端口柔性互联装置组建成直流微电网，可省去部分交直流变换装置，减小成本、降低损耗。直流母线电压是衡量系统内有功功率平衡的唯一标准，系统内不存在类似交流系统里的频率稳定、无功功率等问题，因此直流母线的恒定控制，显得尤为关键，如何有效精准控制直流母线，同时具备较强的抗扰动性能，是现阶段亟需的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出了一种用于交直流多端口柔性互联装置的双向 DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法，其可适应输入端电压大范围变化，同时考虑了输入端电压变化和负载投入的不确定性，通过建立多胞模型，解决了系统在不同稳态运行工作点的稳定性问题。
[0004]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0005]一种用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，对直流微电网的双向DC/DC变换器进行状态平均建模；
[0007]步骤2，在步骤1建模基础上，考虑DC/DC变换器输入端电压以及负载变化，采用线性矩阵多胞建模方法，构建DC/DC变换器多胞模型；
[0008]步骤3，针对步骤2构建的DC/DC变换器多胞模型，采用基于线性矩阵不等式解法的最优LQ控制算法对设计控制器。
[0009]进一步的，所述步骤1中，对直流微电网的双向DC/DC变换器进行状态平均建模的过程如下：
[0010]对双向DC/DC变换器的状态空间进行平均以及线性化，方程为：
[0011][0012]其中，w(t)＝[i
o
(t)]，u(t)＝[d
d
(t)]，z(t)＝[v
o
(t)]，x3(t)＝∫[v
o
(t)
‑
V
ref
]dt。
[0013]x3(t)是输出电压v
o
与参考值V
ref
误差值的积分，使静态误差为零，w表示负载电流的干扰项，以电感电流i
L
、电容电压u
c
以及x3作为状态量，以矩阵的形式表示如下：
[0014][0015][0016]C
z
＝[0 1 0],D
zu
＝0
[0017]其中A是状态矩阵，B
u
是控制矩阵，B
ref
是参考矩阵，B
w
是扰动矩阵，C
z
、D
zu
是输出矩阵。
[0018]进一步的，所述步骤2建DC/DC变换器多胞模型，具体包括：
[0019]将DC/DC变换器端电压、输出负载作为不确定量，即定义向量p＝(U
i
,R)约束在多胞模型内；考虑到端电压和负载的变化，在步骤1所建立的模型的基础上，形成系统的多胞体矩阵如下：
[0020][0021]系数矩阵A(p)、B
u
(p)由不确定参数决定，与不确定量U
i
、R呈线性关系，不确定量包含在向量p中，向量p由N个不确定参数p＝[p1,...,p
N
]组成，每一个不确定量p
i
为有界变量，介于最小值和最大值之间，即
[0022][0023]用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法根据不确定量p
i
为有界量，即不确定量U
i
、R约束在一定的区间内：
[0024][0025]p
i
的取值在L＝2
N
个顶点{v1,...,v
L
}组成的凸多面体内，每个顶点v
i
相对应于矩阵[A(p
i
),B
u
(p
i
)]，相当于是凸胞体的极点，即
[0026][0027]该多胞模型能够反映输入电压与负载电阻变化情况。
[0028]进一步的，所述步骤3针对步骤2构建的DC/DC变换器多胞模型，采用基于线性矩阵不等式解法的最优LQ控制算法设计控制器，具体步骤包括：
[0029]定义线性二次(LQ)最优控制指标：
[0030][0031]式中：上标“T”表示共轭装置；Q为对称非负定权矩阵；R大于零，设计系统闭环控制律为v
c
＝
‑
Kx满足如下矩阵不等式：
[0032]Q+K
T
RK+P(A(p)
‑
B
u
(p)K)+(A(p)
‑
B
u
(p)K)
T
P＜0
[0033]其中P为对称正定矩阵。考虑闭环控制律为v
c
＝
‑
Kx，系统闭环方程为：
[0034][0035]定义Lyapunov函数V(x)＝x
T
Px，推导李雅普诺夫函数的导数：
[0036][0037]考虑到零输入状态，得到以下不等式适用于该模型：
[0038][0039]因此在控制律v
c
＝
‑
Kx作用下，系统渐近稳定；
[0040]同时对上式两侧从零到无穷积分得到：
[0041][0042]显然，控制律v
c
＝
‑
Kx使得定义的LQ性能指标最小，从而实现LQ最优控制；
[0043]考虑使目标控制指标最小，取决于初始状态x0，假设初始状态x0是一个期望为零的随机变量，满足其中I表示单位矩阵，因此控制指标其中Trace()表示查找矩阵的迹；
[0044]根据所述矩阵不等式，得到如下线性矩阵不等式(LMI)：
[0045][0046]将上式乘以对角阵[P
‑1,I,I]，并定义W1＝P
‑1，V1＝KP
‑1＝KW1，得到以下线性矩阵不等式：
[0047][0048]因此若存在对称正定矩阵W1，正矩阵M和Q
inv
，矩阵V1＝KW1使得优化问题：
[0049][0050][0051][0052]成立，则是具有最小指标上界的鲁棒LQ控制律，且同时LQ 性能指标为：
[0053]J
*
＝Trace(P)＝Trace(W1‑1)
[0054]考虑到避免选择加权矩阵Q，将用户本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直流微电网的双向DC/DC直流母线电压鲁棒LQ最优控制设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，对直流微电网的双向DC/DC变换器进行状态平均建模；步骤2，在步骤1建模基础上，考虑DC/DC变换器输入端电压以及负载变化，采用线性矩阵多胞建模方法，构建DC/DC变换器多胞模型；步骤3，针对步骤2构建的DC/DC变换器多胞模型，采用基于线性矩阵不等式解法的最优LQ控制算法对设计控制器。2.如权利要求1所述的用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法，其特征在于：所述步骤1中，对直流微电网的双向DC/DC变换器进行状态平均建模的过程如下：对双向DC/DC变换器的状态空间进行平均以及线性化，方程为：其中，w(t)＝[i
o
(t)]，u(t)＝[d
d
(t)]，z(t)＝[v
o
(t)]，x3(t)＝∫[v
o
(t)
‑
V
ref
]dt；x3(t)是输出电压v
o
与参考值V
ref
误差值的积分，使静态误差为零，w表示负载电流的干扰项，以电感电流i
L
、电容电压u
c
以及x3作为状态量，以矩阵的形式表示如下：作为状态量，以矩阵的形式表示如下：C
z
＝[0 1 0],D
zu
＝0其中A是状态矩阵，B
u
是控制矩阵，B
ref
是参考矩阵，B
w
是扰动矩阵，C
z
、D
zu
是输出矩阵。3.如权利要求2所述的用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法，其特征在于：所述步骤2建DC/DC变换器多胞模型，具体包括：将DC/DC变换器端电压、输出负载作为不确定量，即定义向量p＝(U
i
,R)约束在多胞模型内；考虑到端电压和负载的变化，在步骤1所建立的模型的基础上，形成系统的多胞体矩阵如下：系数矩阵A(p)、B
u
(p)由不确定参数决定，与不确定量U
i
、R呈线性关系，不确定量包含在向量p中，向量p由N个不确定参数p＝[p1,...,p
N
]组成，每一个不确定量p
i
为有界变量，介于最小值和最大值之间，即
用于交直流多端口柔性互联装置的双向DC/DC鲁棒LQ最优控制设计方法根据不确定量p
i
为有界量，即不确定量U
i
、R约束在一定的区间内：R∈[R<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，沈煜，杨帆，杨志淳，宿磊，雷杨，闵怀东，向彬，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：