【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力发电，具体涉及一种孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法及系统。
技术介绍
1、为解决传统发电模式所引起的经济及环境问题，随着电力电子技术的快速发展，利用分布式能源的发电模式已逐渐成为世界各国的共识。然而，分布式能源的不稳定、随机波动等特点影响了其大规模开发和接入大电网；此外，风电机组需建于风力资源丰富的地区，这类地区多较为偏远(例如海岛)而远离主电网。因而，就地组建微电网，利用地区的分布式能源进行孤网供电成为解决上述问题的有效途径之一。
2、孤立微电网中分布式能源的随机性、间歇性、不确定性以及负荷的随机波动给系统的稳定运行带来了严峻的考验。为削减发电侧与需求侧间的功率不匹配，促进可再生能源消纳，在孤立电网中应用储能技术已成为关键技术手段。储能系统的应用，补偿了分布式能源不稳定的出力，使得可再生能源发电机组能在更大出力范围内运行，成为推动新能源微电网技术广泛应用的重要措施。近年来基于储能系统的微电网控制策略已得到了广泛且深入的研究，其控制核心为协调分布式电源和储能系统的出力以维持微电网稳定运行；但大多控制技术所使用的模型大都没有考虑系统未精确建模部分等干扰因素对控制效果的不利影响，且采用传统的pi控制策略时常常伴随着严重的超调及振荡现象，不利于微电网系统在大干扰下的稳定运行。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法及系统，用于解决传统pi控制时调节过程中出现
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，包括以下步骤：
4、s1、构建含电池储能系统风电孤立电网的基本结构框架；
5、s2、基于步骤s1构建的含电池储能系统风电孤立电网的基本结构框架，建立考虑扰动因素下的风储孤立电网数学模型；
6、s3、基于步骤s2得到的风储孤立电网数学模型，构建基于状态反馈精确线性化的非线性控制方法；
7、s4、基于步骤s3得到的基于状态反馈精确线性化的非线性控制方法设计孤立电网中风电和储能的联合鲁棒控制器，实现孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制。
8、优选地，步骤s1中，含电池储能系统风电孤立电网的基本结构框架包括：
9、风电，包括风轮机、永磁同步发电机、全功率背靠背变换器和串联滤波器z，负责系统的主要能源供给；
10、电池储能系统，包括蓄电池、逆变器和电抗器l，负责系统的功率调节；
11、永久负荷，为用户侧的综合负荷，经变压器t从公共耦合处汲取电能；
12、可投切负荷及备用电源，为系统出现极端情况下的应急设备。
13、更优选地，通过控制机侧变换器调节pmsg定子电压，使转子处于最优转速；通过电池储能系统补偿风电出力与负荷需求的功率差额；通过网侧变换器输出频率和幅值均不受风速及负荷的波动影响的交流电压，交流电压为含有开关频率分量的pwm波，经过一个串联谐振于工频的滤波器z后实现对pcc电压的直接控制；
14、当发电功率大于负荷需求，且储能系统已充满能量时，接入可投切负荷消纳过剩的电功率；当发电功率小于负荷需求，且储能系统已释放尽电能时，接入备用电源或切负荷实现功率平衡。
15、优选地，步骤s2中，风储孤立电网数学模型的动态方程为：
16、
17、其中，w1为同步电机转轴上的转矩扰动，w2为流经背靠背变换器的功率扰动，w3、w4为同步电机定子回路中的电压扰动，w5、w6为电池储能系统中电抗器上的电压扰动，tm为气动转矩，b为阻尼系数，p为极对数，为永磁体的磁通，j为风力机及发电机转子整体的机械转动惯量，pl为负荷功率，rs为定子电阻，ls为，rb、lb分别为电抗器l的电阻及电感，ω为电网的同步角速度，[u1 u2 u3 u4]为该动态系统的控制量，其中u1为定子机端电压的d轴分量，u2为定子机端电压的q轴分量，u3为蓄电池侧变换器bsc输出电压的d轴分量，u4为蓄电池侧变换器bsc输出电压的q轴分量，[x1 x2 x3 x4 x5 x6]为该动态系统的状态变量，x1为电机转子电角速度，x2为惯性环节的总存储能量，x3为定子机端电流的d轴分量，x4为定子机端电流的q轴分量，x5为蓄电池侧变换器bsc输出电流的d轴分量，x6为蓄电池侧变换器bsc输出电流的q轴分量。
18、优选地，步骤s3中，根据微分几何控制方法中的状态反馈精确线性化理论，当从控制u到输出y的关系度ρ等于系统维度n时，构造相应的微分同胚变换及非线性预反馈将系统转换为线性系统。
19、更优选地，非线性系统满足条件如下：
20、
21、存在最优鲁棒控制律u*如下：
22、
23、其中，p*为满足相关riccati方程的半正定解，t(x)为所构造的系统微分同胚表达式，y(t)为动态系统的输出向量，α(x)、β(x)为系统非线性预反馈的对应系数，u为系统控制向量，γ为与系统鲁棒性能有关的系数，表示偏微分，g1(x)为光滑的向量函数，w为系统干扰向量。
24、更优选地，线性系统的鲁棒问题有如下最优控制策略
25、
26、线性系统对干扰的响应满足条件如下：
27、
28、其中，为精确线性系统的控制矩阵，p*为满足式(16)riccati方程的半正定解，z为精确线性系统的状态变量，yz(t)为精确线性系统的输出向量，v(t)为精确线性系统的控制向量，γ为与系统鲁棒性能有关的系数，为精确线性系统中的干扰向量。
29、优选地，步骤s4中，孤立电网中风电和储能的联合鲁棒控制器的控制目标如下：
30、调节同步电机转速ωr至最优值最大程度捕获风能；
31、维持直流环节电压uc为设定值维持逆变器的正常工作；
32、抑制定子电流d轴分量为0a以降低同步电机输出的无功功率qs；
33、保持电池储能系统输出的无功功率qb对无功负荷ql的跟踪，实现风电部分的单位功率因数运行。
34、更优选地，根据孤立电网的直接控制量ui(i＝1,2,3,4)与精确线性化模型的间接控制量vi(i＝1,2,3,4)之间的关系，得到非线性系统关于ui的鲁棒最优控制律为
35、
36、其中，为定子机端电压的d轴分量最优设定值，为定子机端电压的q轴分量最优设定值，为蓄电池侧变换器bsc输出电压的d轴分量最优设定值，为蓄电池侧变换器bsc输出电压的q轴分量最优设定值，为精确线性系统对应控制量最优设定值，ls为定子绕组等值电感，rs为定子电阻，p为极对数，x1为电机转子电角速度，x3为定子机端电流的d轴分量，x4为定子机端电流的q轴分量，x5为蓄电池侧变换器bsc输出电流的d轴分量，x6为蓄电池侧变换器bsc输出电流的q轴分量，j为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，含电池储能系统风电孤立电网的基本结构框架包括：
3.根据权利要求2所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，通过控制机侧变换器调节PMSG定子电压，使转子处于最优转速；通过电池储能系统补偿风电出力与负荷需求的功率差额；通过网侧变换器输出频率和幅值均不受风速及负荷的波动影响的交流电压，交流电压为含有开关频率分量的PWM波，经过一个串联谐振于工频的滤波器Z后实现对PCC电压的直接控制；
4.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，风储孤立电网数学模型的动态方程为：
5.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，构建基于状态反馈精确线性化的非线性控制方法中，根据微分几何控制方法中的状态反馈精确线性化理论，当从控制u到输出y的关系度ρ等于系统维度n时，构造相应的微分同胚变换及非线性预反馈将
6.根据权利要求5所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，非线性系统满足条件如下：
7.根据权利要求5所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，线性系统的鲁棒问题有如下最优控制策略
8.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，孤立电网中风电和储能的联合鲁棒控制器的控制目标如下：
9.根据权利要求8所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，根据孤立电网的直接控制量ui(i＝1,2,3,4)与精确线性化模型的间接控制量vi(i＝1,2,3,4)之间的关系，得到非线性系统关于ui的鲁棒最优控制律为
10.孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，含电池储能系统风电孤立电网的基本结构框架包括：
3.根据权利要求2所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，通过控制机侧变换器调节pmsg定子电压，使转子处于最优转速；通过电池储能系统补偿风电出力与负荷需求的功率差额；通过网侧变换器输出频率和幅值均不受风速及负荷的波动影响的交流电压，交流电压为含有开关频率分量的pwm波，经过一个串联谐振于工频的滤波器z后实现对pcc电压的直接控制；
4.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，风储孤立电网数学模型的动态方程为：
5.根据权利要求1所述的孤立电网中风电和储能的联合非线性鲁棒控制方法，其特征在于，构建基于状态反馈精确线性化的非线性控制方法中，根据微分几何控...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩金龙，李宇骏，杨松浩，杜正春，江晗，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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