【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于直流微电网，尤其涉及面向大信号稳定的直流微电网预定时间分布式鲁棒协调控制方法。
技术介绍
1、近年来，直流微电网作为一种有效集成分布式发电单元、可再生能源、储能系统和不同类型电力电子负荷的小型配电系统受到了广泛关注。与交流微电网相比，大量可再生能源和储能系统本质上具有直流特性，可以直接集成至直流微电网，无须额外的能量转换环节，其效率更高。此外，避免了无功潮流、相位同步、频率调节、谐波污染等问题。因此，直流微电网在电力系统，电动飞机和电动船舶等方面具有广阔的应用前景。
2、在直流微电网中，为了实现适当的电流分配和母线电压调节两个基本控制目标，通常采用完全分散的下垂控制。然而，受不匹配线缆阻抗影响，下垂控制系数的选取需要在电流分配精度和母线电压调节偏差之间权衡考虑。因此，为了解决上述问题，根据通信链路进行区分，提出了集中式、分散式和分布式等二次控制来补偿母线电压偏差，提高电流共享精度。其中分布式控制被认为是分散式控制与集中式控制的良好折衷，在控制性能与通信负担之间取得平衡。此外，避免了单点故障且满足“即插即用”需求，提高了直流微电网的稳定性与可扩展性。对于传统的分布式控制器，通常采用稀疏通信网络接收邻居信息用于一致性算法，实现各状态变量的动态一致。然而，随着微电网系统规模的增大，其复杂的控制结构导致的计算负担使收敛时间逐渐增加，同时直流微电网经常面临负载和电源的快速动态投切，因此实现电压调节和电流共享的快速收敛是非常必要的。此外，对于目前现有的分布式控制，主控制层均是基于双闭环pi线性控制器设计的，这在稳定
3、除传统阻性负载外，直流微电网还存在大量严格调节的功率转换器负载，其表现为恒功率负载，其独特的负阻抗特性会与源变换器相互作用，降低系统阻尼，从而威胁系统的稳定运行。必须指出，系统的稳定运行是二次控制正确实施的基本前提。为了解决系统稳定性问题，提出了基于小信号稳定的方法，主要包括两类：增加无源元件的被动阻尼法和修改控制回路以模拟无源元件的主动阻尼法。然而，前者增加了系统的重量和成本，而后者是基于局部线性化模型设计的，仅在平衡点的小邻域范围内提供稳定性。当直流微电网遇到可再生能源间断运行、恒功率负载变化、分布式电源插拔等大信号干扰时，线性化模型精度将失去精度，系统稳定性无法保证。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了面向大信号稳定的直流微电网预定时间分布式鲁棒协调控制方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出面向大信号稳定的直流微电网预定时间分布式鲁棒协调控制方法，所述方法采用分层控制架构，底层控制为具有大信号稳定性的鲁棒协调控制，视为主控制器；二次控制为基于预定义时间的分布式控制，视为副控制器；在主控制器中，利用输入电压观测器和非线性扰动观测器在线估计系统的未建模扰动、输出功率和输入电压，并对基于下垂控制的标准反步算法进行前馈补偿，将其组合成一个不附加传感器的鲁棒协调控制器，以实现基本控制目标；在副控制器中，根据基于预定义时间算法的分布式二次控制器和自适应函数，实现了预定义时间控制增益的自动更新，以及预定义时间内精确的电压调节和的功率共享。
3、进一步地，在控制方法之前，需对dc/dc变换器进行数学建模，其平均动态模型分别表示为:
4、
5、其中li,r,ci,r,ili,r,voi,r,ei,r,pi,r和μi,r分别为第i个变换器的电感值、电容值、电感电流、电容电压、输入电压、输出功率和占空比信号；下标r表示变换器类型，r＝a表示升压变换器，r＝b表示降压变换器；
6、为了处理模型上式中的双线性系统形式，需要使用精确反馈线性化，将原模型用坐标变换表示为两个新的状态变量，构造如下：
7、
8、对上式进行求导，如下所示：
9、
10、结合(2)和(3)可以得到通用模型，表示为:和其中d1i＝-pi和d2i被定义为集总扰动项，包括参数不确定性、未建模动力学和外部扰动，因此，占空比μi可由中间控制信号ξi导出，可表示为：
11、
12、通过以上分析，对坐标变换后的目标进行跟踪，使x1i渐近地跟踪参考值表示为
13、
14、上式中，表示理想工作状态下第i个变换器的输出基准电压。
15、进一步地，对主控制器进行设计，根据式(5)可知，控制器中涉及输入电压ei和负载功率pi的信息；
16、针对输入电压观测器的设计：首先定义跟踪误差，可表示为
17、
18、上式中，其中和分别为输入电压ei的估计值和估计误差；
19、设计的输入电压观测器可表示为
20、
21、上式中，和λi分别为输入电压观测器的辅助状态变量和控制增益；对上式进行求导，如下所示
22、
23、进一步，将式(8)带入(7)中，简化可得
24、
25、由上式可知，通过选择合适的λi,a>0和λi,b>0可以保证的收敛性，从而保证所设计的输入电压观测器满足李雅普诺夫稳定性定理。
26、进一步地，针对非线性扰动观测器的设计，可表示为
27、
28、上式中，χ1i和χ2i分别为非线性扰动观测器的辅助状态变量，l1i>0和l2i>0为非线性扰动观测器的控制增益，和分别为d1i和d2i的观测估计值；根据式(10)，估计误差及其导数可表示为
29、
30、考虑增益选择和负载功率pi的导数有界，且上式满足李雅普诺夫稳定稳定性条件，即估计误差随时间渐近趋于零的结果。
31、进一步地，在设计的输入电压观测器和非线性扰动观测器的基础上，进行鲁棒协调控制器的设计；首先将式(7)和(10)代入(5)中，并添加下垂控制和二次控制修正项，可表示为
32、
33、其中vref为直流母线电压额定值；mi和ui分别为第i个变换器的下垂系数和二次控制修正项；为了保证系统的稳定运行，鲁棒协调控制器可以设计如下
34、
35、上式中，k1i和k2i是鲁棒协调控制器增益；然后对副控制器进行设计，为了便于讨论电压调节和功率共享，将电压误差evi和功率误差epi定义为
36、
37、上式中，uvi和aij分别为二次控制电压校正项和通信权重；考虑到直流母线电压vbus难以获取，因此使用牵制控制进行限制，可显著减少本地变换器与直流母线之间的通信次数，极端情况下仅一个变换器接收母线电压信息即可完成二次控制。
38、进一步地，为了进一步改善分布式二次控制的动态性能，设计预定义时间算法为
39、
40、其中εi>0和0≤σi<1为可调参数；δvi和δpi分别为二次控制电压和功率校正项；连续函数κ(·)∈k1:r+→[0,1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.面向大信号稳定的直流微电网预定时间分布式鲁棒协调控制方法，其特征在于，所述方法采用分层控制架构，底层控制为具有大信号稳定性的鲁棒协调控制，视为主控制器；二次控制为基于预定义时间的分布式控制，视为副控制器；在主控制器中，利用输入电压观测器和非线性扰动观测器在线估计系统的未建模扰动、输出功率和输入电压，并对基于下垂控制的标准反步算法进行前馈补偿，将其组合成一个不附加传感器的鲁棒协调控制器，以实现基本控制目标；在副控制器中，根据基于预定义时间算法的分布式二次控制器和自适应函数，实现了预定义时间控制增益的自动更新，以及预定义时间内精确的电压调节和的功率共享。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在控制方法之前，需对DC/DC变换器进行数学建模，其平均动态模型分别表示为:
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对主控制器进行设计，根据式(5)可知，控制器中涉及输入电压Ei和负载功率Pi的信息；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：针对非线性扰动观测器的设计，可表示为
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在设计的输入电
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：为了进一步改善分布式二次控制的动态性能，设计预定义时间算法为
...【技术特征摘要】
1.面向大信号稳定的直流微电网预定时间分布式鲁棒协调控制方法，其特征在于，所述方法采用分层控制架构，底层控制为具有大信号稳定性的鲁棒协调控制，视为主控制器；二次控制为基于预定义时间的分布式控制，视为副控制器；在主控制器中，利用输入电压观测器和非线性扰动观测器在线估计系统的未建模扰动、输出功率和输入电压，并对基于下垂控制的标准反步算法进行前馈补偿，将其组合成一个不附加传感器的鲁棒协调控制器，以实现基本控制目标；在副控制器中，根据基于预定义时间算法的分布式二次控制器和自适应函数，实现了预定义时间控制增益的自动更新，以及预定义时间内精确的电压调节和的功率共享。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在控制方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王智超，江海洋，邵京伟，王学申，姚瑶，左峰，杨铎，王盼宝，徐殿国，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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