基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法技术方案

本发明专利技术公开了基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法，首先，根据光储直流微网混合储能系统的混合储能元件的高低频特性，对系统差额功率进行电流等效分配，然后，设计有限时间扩张状态观测器，对系统受到的总扰动进行观测，设计互补滑模控制器，并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中，对系统扰动进行补偿，保证系统状态在有限时间内达到收敛

【技术实现步骤摘要】
基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法


[0001]本专利技术属于储直流微网混合储能系统
，具体涉及基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法
。

技术介绍

[0002]随着能源危机与环境问题的日益凸显，可再生能源的发展受到越来越多重视
。
直流微电网作为一种高效的能源利用措施，因其结构简单
、
控制方便
、
效率高等优点，在各行业中的应用越来越广泛
。
其中采用太阳能发电的光伏微网，减少了对传统能源的依赖，具有节能环保的优点
。
但由于太阳能资源的随机性，系统运行常受到电压质量问题的影响
。
因此，有必要接入储能装置，补偿光伏间歇性的功率波动，增强光伏直流微网系统运行的稳定性
。
蓄电池和超级电容分别作为高能量密度和高功率密度的储能元件，具有互补的工作特性，构成的混合储能系统
(hybrid energy storage system
，
HESS)
在光储直流微网中得到了广泛应用
。
[0003]光储直流微网不需要考虑无功，只有有功功率，母线电压作为反映功率平衡的唯一标准，成为了当前的研究热点
。
由于运行中直流微电网常受到能源间歇性输入
、
负载随机性扰动以及功率流向切换等干扰，这些干扰都会对母线电压的稳定运行产生影响
。
为提高母线电压运行的稳定性，研究人员提出了多种非线性控制策略，如微分平坦控制，自抗扰控制，滑模控制等
。
其中滑模控制因其鲁棒性强，响应速度快，对系统扰动
、
参数摄动具有完全的自适应性等优点，在非线性系统控制中取得了良好的控制效果，如四旋翼无人机，永磁同步电机，机械臂等，但滑模控制本身存在抖振问题，成为实际应用中的主要障碍
。
[0004]有文献针对传统
PI
控制下，储能变流器跟踪滞后以及抖振幅度大的问题，提出一种超螺旋滑模控制，提升了变流器的响应速度和鲁棒性，但由于电网运行情况复杂，微源以及负荷的扰动会造成系统抗扰性能变差
。
有文献针对自抗扰控制中的
PD
控制鲁棒性差，设计改进型滑模自抗扰控制，提升了直流微网系统的稳定性
。
还有文献针对双馈风力发电机运行中的不确定性，引入扩张状态观测器
(expanded state observer
，
ESO)
，通过估计系统总扰动并采用滑模控制进行补偿，提升了系统抗干扰能力和鲁棒性
。
但普通
ESO
的观测能力有限，只能达到渐进收敛
。
为了提高观测器的收敛性能，有文献对二质量系统设计有限时间滑模控制策略，提高了系统的跟踪性能以及抗扰能力
。
但上述控制策略对于受外界扰动
、
不确定性影响的光储直流微网混合储能系统，难以解决母线电压波动
、
系统功率失稳等问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法，解决了光储直流微网混合储能系统母线电压波动和系统功率失稳的问题
。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法，首先，根据光储直流微网混合储能系统的混合储能元件的高低频特性，对系统差额功率进行电流等效分配，然后，设计有限时间扩张状态观测器，对系统受到的总扰动进行
观测，设计互补滑模控制器，并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中，对系统扰动进行补偿，保证系统状态在有限时间内达到收敛
。
[0007]本专利技术的特点还在于，
[0008]具体按照以下步骤实施：
[0009]步骤
1、
对光储直流微网储能系统差额功率进行电流等效分配；
[0010]步骤
2、
设计有限时间扩张状态观测器；
[0011]步骤
3、
设计互补滑模控制器
。
[0012]步骤1具体为：
[0013]光储直流微网系统包括直流母线，以及分别通过变换器与直流母线连接的光伏
PV、
超级电容
SC、
蓄电池
Bat、
直流负载，光伏
、
直流负载与直流母线连接的变换器为单向变换器，超级电容
、
蓄电池与直流母线连接的变换器为双向变换器；
[0014]光伏处于放电状态，向直流母线提供能量，并输出功率；直流负载是电源终端，吸收功率；蓄电池和超级电容形成混合储能系统
HESS
，蓄电池和超级电容通过双向变换器吸收或释放能量；
[0015]在光储直流微电网中，各单元间的关系如下：
[0016]P
L
＝
P
ES
+P
PV
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]式
(1)
中，
P
PV
是光伏提供的功率，
P
ES
是
HESS
提供的功率，
P
L
是负载所需的功率；
[0018]混合储能系统的功率关系为：
[0019]P
ES
＝
P
bat
+P
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]式
(2)
中，
P
bat
是
Bat
提供的功率，
P
sc
是
SC
提供的功率；
[0021]因蓄电池和超级电容是并联接线，当不考虑线路阻抗时，功率分配等效为电流分配，其电流分配关系为：
[0022]I
ref
＝
I
b
+I
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]式
(3)
中，
I
ref
为总输出电流参考值，
I
b
为蓄电池输出电流，
I
sc
为超级电容输出电流；
[0024]根据超级电容快速性的特点，通过总输出电流
I
ref
减去超级电容实际电流
I
sc
，得到蓄电池参考电流
I
bref
为：
[0025]I
bref
＝
I
ref
‑
I
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0026]将未补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法，其特征在于，首先，根据光储直流微网混合储能系统的混合储能元件的高低频特性，对系统差额功率进行电流等效分配，然后，设计有限时间扩张状态观测器，对系统受到的总扰动进行观测，设计互补滑模控制器，并将扰动观测值作为前馈项输入互补滑模控制器中，对系统扰动进行补偿，保证系统状态在有限时间内达到收敛
。2.
根据权利要求1所述的基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤
1、
对光储直流微网储能系统差额功率进行电流等效分配；步骤
2、
设计有限时间扩张状态观测器；步骤
3、
设计互补滑模控制器
。3.
根据权利要求2所述的基于有限时间观测器的光储系统母线电压互补滑模控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：光储直流微网系统包括直流母线，以及分别通过变换器与直流母线连接的光伏
PV、
超级电容
SC、
蓄电池
Bat、
直流负载，光伏
、
直流负载与直流母线连接的变换器为单向变换器，超级电容
、
蓄电池与直流母线连接的变换器为双向变换器；光伏处于放电状态，向直流母线提供能量，并输出功率；直流负载是电源终端，吸收功率；蓄电池和超级电容形成混合储能系统
HESS
，蓄电池和超级电容通过双向变换器吸收或释放能量；在光储直流微电网中，各单元间的关系如下：
P
L
＝
P
ES
+P
PV
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
式
(1)
中，
P
PV
是光伏提供的功率，
P
ES
是
HESS
提供的功率，
P
L
是负载所需的功率；混合储能系统的功率关系为：
P
ES
＝
P
bat
+P
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
式
(2)
中，
P
bat
是
Bat
提供的功率，
P
sc
是
SC
提供的功率；因蓄电池和超级电容是并联接线，当不考虑线路阻抗时，功率分配等效为电流分配，其电流分配关系为：
I
ref
＝
I
b
+I
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
式
(3)
中，
I
ref
为总输出电流参考值，
I
b
为蓄电池输出电流，
I
sc
为超级电容输出电流；根据超级电容快速性的特点，通过总输出电流
I
ref
减去超级电容实际电流
I
sc
，得到蓄电池参考电流
I
bref
为：
I
bref
＝
I
ref
‑
I
sc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
将未补偿的蓄电池电流添加到超级电容电流参考值中，从而得到超级电容参考电流
I
scref
为：
I
scref
＝
I
ref
(1
‑
T
LPF
)+k(I
bref
‑
I
b
)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
式
(5)
中，
T
LPF
为低通滤波值，增益
k
用于限制蓄电池电流误差，其大小为
k
＝
U
b
/U
sc
，
U
b
、U
sc
分别为蓄电池和超级电容的端电压
。4.
根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：皇金锋，杨振宇，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：