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    新趨近律的直流微電網(wǎng)母線電壓滑??刂圃O(shè)計

    2022-12-01 01:06:14真,張
    計算機(jī)測量與控制 2022年11期
    關(guān)鍵詞:外環(huán)線電壓觀測器

    苗 真,張 雷

    (河南科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院,河南 洛陽 471023)

    0 引言

    太陽能發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及電動汽車等過多分布式電源的直接并網(wǎng)會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性乃至系統(tǒng)的正常供電造成重大沖擊,嚴(yán)重時甚至?xí)斐扇松硎鹿?。所以,迫切地需要解決分布式電源并網(wǎng)消納的問題。微電網(wǎng)作為未來分布式能源系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢之一,對推進(jìn)節(jié)能減排、實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展有重要意義[1-4]。現(xiàn)階段,負(fù)荷類型多種多樣,分布式電源的裝機(jī)容量也越來越大,直流微電網(wǎng)憑借其可控性、經(jīng)濟(jì)性以及在供電質(zhì)量上的優(yōu)越性能,逐漸得到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

    新能源的發(fā)展為解決能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)問題提供了捷徑,將眾多分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)是個行之有效的辦法。微電網(wǎng)將分布式電源、儲能裝置和負(fù)荷等組成部分綜合在一起,形成一個小型發(fā)配電系統(tǒng)。對微電網(wǎng)內(nèi)來說,它可以完成微電網(wǎng)的自行調(diào)控和保護(hù)自治的功能;對微電網(wǎng)以外來說,它能簡化成單一的受控源,最大優(yōu)勢是可以一直保持獨立運行的能力。

    發(fā)展微電網(wǎng)有以下幾點原因:(1)微電網(wǎng)的加入可以滿足電網(wǎng)對分布式電源的需求,微電網(wǎng)是連接分布式電源和大電網(wǎng)之間的橋梁;(2)可以通過它將電能傳送到電資源緊張和稀缺的地區(qū);(3)因為它良好的穩(wěn)定性,即便電網(wǎng)發(fā)生了故障,也能及時恢復(fù)供電。

    如圖1所示,直流微電網(wǎng)通過直流母線將分布式電源、儲能單元和負(fù)荷等連接起來,構(gòu)成一個獨立于大電網(wǎng)之外且可以單獨運行的發(fā)電系統(tǒng)。其主要的優(yōu)勢如下:

    1)損耗小,效率高;

    2)電力變換裝置少;

    3)節(jié)約輸電走廊;

    4)可以實現(xiàn)自我管理,運行和維護(hù)系統(tǒng)的可靠性比較高;

    5)直流微電網(wǎng)可以在并網(wǎng)模式與孤島模式之間實現(xiàn)無縫切換,不僅可以向外部負(fù)荷提供電能,而且在外部網(wǎng)絡(luò)故障的情況下也可以直接向用電設(shè)備供給電力。

    圖1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

    直流微電網(wǎng)存在以上眾多優(yōu)點,但它也極易受自身或外界擾動的影響。比如,由于光伏或風(fēng)電輸出功率的不穩(wěn)定,而導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定的問題;由于自身的非線性負(fù)載的變動而出現(xiàn)的波動問題;供電可靠性和損耗問題等等。這些問題都會嚴(yán)重影響直流母線電壓的穩(wěn)定,造成分布式電源的波動,嚴(yán)重時會導(dǎo)致直流母線電壓的保護(hù)動作,影響正常供電。直流微電網(wǎng)母線電壓控制系統(tǒng)是一個集非線性和強(qiáng)耦合于一身的系統(tǒng),該系統(tǒng)往往也會出現(xiàn)復(fù)雜電力系統(tǒng)的通病,比如:微電網(wǎng)輸出功率不夠穩(wěn)定,從而導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題;并且由于自身的非線性負(fù)載的變動而可能出現(xiàn)的母線電壓波動問題;供電可靠性和損耗問題等等。綜上所述,直流微電網(wǎng)的母線電壓的穩(wěn)定控制是直流微電網(wǎng)正常高效持續(xù)運行的關(guān)鍵所在[5-9]。所以,本文意在通過應(yīng)用設(shè)計高效的控制器的方法,讓直流微電網(wǎng)中存在的缺陷降到最低,實現(xiàn)其合理使用。

    傳統(tǒng)的PI控制因其算法簡單在直流微電網(wǎng)母線電壓內(nèi)外環(huán)控制中均得到了充分的利用。但PI控制方法在實際系統(tǒng)中,容易受到參數(shù)攝動與負(fù)荷擾動的負(fù)面影響,不能得到理想的控制效果?;?刂谱鳛榈湫头蔷€性控制方法憑借其不依賴被控對象模型、魯棒性好等特點被普遍應(yīng)用于直流微電網(wǎng)母線電壓控制系統(tǒng)中,例如:文獻(xiàn)[10]利用自適應(yīng)滑??刂频闹绷魑㈦娋W(wǎng)穩(wěn)定策略,開發(fā)了一種微電網(wǎng)穩(wěn)定控制器,保證了微電網(wǎng)在并網(wǎng)、孤島和切換模式下的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)特性。文獻(xiàn)[11]針對光儲微網(wǎng)系統(tǒng)的抖振問題,引入新的組合函數(shù)代替冪次函數(shù),設(shè)計了一種新型滑模控制器,提高了防抖振性能。

    在直流微電網(wǎng)母線電壓的控制系統(tǒng)中,直流微電網(wǎng)中電源輸出的功率或者負(fù)荷的突變等擾動均會對直流母線電壓造成較大的沖擊[12-13]。因此,設(shè)計一種高性能的擾動觀測器尤為關(guān)鍵,它能夠有效的觀測系統(tǒng)出現(xiàn)的擾動,擾動估計值也能通過前饋的方式補(bǔ)償?shù)娇刂破鞯妮斎胫衃14],進(jìn)而提高直流母線控制系統(tǒng)抑制母線電壓擾動的能力。例如,文獻(xiàn)[15]提出了一種干擾觀測器,在不需要額外傳感器時也能實現(xiàn)對系統(tǒng)擾動的快速跟蹤。文獻(xiàn)[16]直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中非線性及參數(shù)變化對母線電壓穩(wěn)定的影響,將擴(kuò)張擾動觀測器與Backstepping相結(jié)合,補(bǔ)償了系統(tǒng)的非線性和參數(shù)的變化,提高了系統(tǒng)的抗擾動性能。文獻(xiàn)[17]設(shè)計了一種基于魯棒擾動觀測器的動態(tài)補(bǔ)償法,能夠在不改變參數(shù)的情況下,提升動態(tài)性能,抑制負(fù)載、功率波動以及交流側(cè)負(fù)載不平衡等引起的直流母線電壓波動,增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。

    抖振現(xiàn)象是滑??刂破鞴逃袑傩灾?,抖振可能激發(fā)被控系統(tǒng)中的高頻未建模動態(tài)[18-20],對系統(tǒng)的性能有較大的損害。而可以通過設(shè)計一種恰當(dāng)?shù)内吔蓙砀纳苹?刂破鞯内吔俣群投墩瘳F(xiàn)象的矛盾[21]。本文針對直流母線電壓控制系統(tǒng)的滑??刂破髂P停O(shè)計了一種新型趨近律。當(dāng)系統(tǒng)的軌跡距離滑模切換面比較遠(yuǎn)時,恰當(dāng)?shù)内吔墒沟眠\動點趨近滑模面的速度增大,來降低趨近時間;當(dāng)系統(tǒng)的軌跡接近滑模面時,其速度趨近于零,以減小系統(tǒng)抖振[22]。同時,為了抑制直流母線電壓控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的外部擾動,設(shè)計了擴(kuò)張狀態(tài)觀測器觀測系統(tǒng)擾動,觀測器將觀測到的擾動值補(bǔ)償至滑??刂破髦?,能夠進(jìn)一步提高復(fù)合控制器的抗擾動能力,保證直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。

    1 三相AC/DC變換器數(shù)學(xué)建模

    三相全橋逆變器具有結(jié)構(gòu)簡單控制、方法易于實現(xiàn)等特點,在直流微電網(wǎng)母線電壓控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。圖2為三相全控并網(wǎng)AC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其組成包括直流電源Udc、逆變器側(cè)電感L、線路負(fù)載電阻R、三相電網(wǎng)和濾波電容C,S代表變流器的橋臂的通斷信號。

    圖2 三相變換器電路拓?fù)鋱D

    為得到更簡潔的三相AC/DC變流器的數(shù)學(xué)模型,可作如下假設(shè):

    1)交流側(cè)的電源可被看作是無窮大電源;

    2)交流系統(tǒng)可看作是三相對稱的系統(tǒng);

    3)功率開關(guān)管是理想器件模型。

    由圖2可得,三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為:

    (1)

    UAN、UBN和UCN分別為abc三相的電壓,它們與直流電壓Udc和3個上開關(guān)函數(shù)Sa、Sb和Sc有關(guān),關(guān)系如下式所示:

    (2)

    假設(shè)交流側(cè)的三相系統(tǒng)平衡,則可得:

    (3)

    聯(lián)立上式可得:

    (4)

    列寫基爾霍夫電流方程,可得:

    (5)

    對于直流微電網(wǎng)雙向AC/DC變換器,任意時刻都會有3個功率開關(guān)管是處于開啟狀態(tài),直流微電網(wǎng)母線電流可表述為:

    (6)

    整理可得:

    idc=iaSa+ibSb+icSc-iL

    (7)

    聯(lián)立可得:

    (8)

    由電路拓?fù)鋱D及所做出的假設(shè),可通過基爾霍夫定律得到三相AC/DC雙向變流器在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為:

    (9)

    (10)

    三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型變量間存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系,這不利于控制器的設(shè)計。所以,需要對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解耦處理,從而簡化控制器的設(shè)計。

    將三相靜止坐標(biāo)系下的直流微電網(wǎng)雙向AC/DC變換器的數(shù)學(xué)模型通過變換,轉(zhuǎn)化到兩相靜止坐標(biāo)系下,可得下式:

    (11)

    式中,E為電網(wǎng)電壓在上的分量;iα和iβ為電流;Dα和Dβ為占空比函數(shù);iL為流過負(fù)載兩端的電流。坐標(biāo)變換方便地解決了變量之間的耦合問題。

    Xe=Xe-jθ

    (12)

    (13)

    式中,Xe為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的狀態(tài)變量;X為兩相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)變量;θ為q與α軸的夾角;ω為旋轉(zhuǎn)角的速度,其中f=50 Hz,則ω=314 rad/s。

    兩相靜止坐標(biāo)系變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣為:

    (14)

    數(shù)學(xué)模型經(jīng)過上式的變換矩陣坐標(biāo)變換后,可以得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為:

    C2s/2rTabc/αβZX=C2s/2rTabc/αβAX+C2s/2rTabc/αβU

    (15)

    最后,經(jīng)過兩種坐標(biāo)變換后,得到的變換器的數(shù)學(xué)模型為:

    (16)

    式中,ed和eq為電網(wǎng)電壓在d軸和q軸上的分量,id和iq分別為d軸和q軸上的電流,Dd和Dq分別為d軸和q軸上的占空比函數(shù),iL為流過負(fù)載的電流。本小節(jié)通過坐標(biāo)變換將變換器的數(shù)學(xué)模型從三相靜止坐標(biāo)系變換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,從而有利于之后控制器的設(shè)計。

    2 直流微電網(wǎng)母線電壓的PI控制策略

    PI控制具有簡單可靠易于實現(xiàn)的特點,常被應(yīng)用于直流微電網(wǎng)母線電壓的控制系統(tǒng)之中,本小節(jié)根據(jù)上一節(jié)中所建立的變換器的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行相關(guān)控制器的設(shè)計。

    2.1 電流內(nèi)環(huán)PI控制器設(shè)計

    良好的電流跟蹤性能能夠有效的提高母線電壓控制效果,首先,需要進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計。

    兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下變換器的數(shù)學(xué)模型為:

    (17)

    式中,Ud和Uq是電流內(nèi)環(huán)d軸和q軸的控制變量。

    聯(lián)立可得:

    (18)

    將上式進(jìn)行拉普拉斯變換,可以得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流微電網(wǎng)雙向AC/DC變換器的頻域模型為:

    (19)

    為了簡化控制器的設(shè)計難度,通??梢圆捎们梆佈a(bǔ)償?shù)姆椒▉韥韺?nèi)環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行解耦處理。將前饋變量-ωLIq(s)和ωLId(s)引入到雙向AC/DC變換器的網(wǎng)側(cè)電壓矢量來抵消系統(tǒng)中存在的耦合項,從而實現(xiàn)dq坐標(biāo)軸變量之間的解耦,前饋控制框圖如圖3所示。

    圖3 前饋控制框圖

    引入的前饋變量-ωLIq(s)和ωLId(s)雖然可以解決dq軸狀態(tài)變量之間的耦合關(guān)系,但是Id(s)仍會受到Ud(s)和Ed(s)的影響。因此,需繼續(xù)引入狀態(tài)變量-Ed(s)來抵消其影響。當(dāng)直流微電網(wǎng)雙向AC/DC變換器控制系統(tǒng)中的電流內(nèi)環(huán)控制器采用PI控制器時,控制系統(tǒng)的輸出為:

    (20)

    整理可得:

    (21)

    2.2 電壓外環(huán)PI控制器設(shè)計

    電壓環(huán)控制是控制器的最外環(huán),它會對直流微電網(wǎng)的母線電壓進(jìn)行直接的影響,所以外環(huán)控制器的性能也會直接決定最終母線電壓的控制效果,下面將針對電壓外環(huán)進(jìn)行PI控制器設(shè)計。

    由圖2可知,直流微電網(wǎng)母線三相電動勢為:

    (22)

    網(wǎng)側(cè)電流可表述為:

    (23)

    忽略高頻分量的影響,則Sk為:

    (24)

    式中,θ為開關(guān)函數(shù)導(dǎo)通時的初相角,m為脈寬函數(shù)調(diào)制比(m≤1)。

    則直流微電網(wǎng)母線電流為:

    idc=Saia+Sbib+Scic

    (25)

    推導(dǎo)可得:

    idc=0.75mImcos(θ)

    (26)

    則直流微電網(wǎng)雙向AC/DC變換器的電壓外環(huán)傳遞函數(shù)為:

    (27)

    按照雙閉環(huán)PI控制策略整定電壓外環(huán)比例增益kup與積分增益kui,得:

    (28)

    由上式推導(dǎo)的結(jié)果可以得知,當(dāng)濾波電容參數(shù)已知時,可以根據(jù)電容的大小進(jìn)行電壓外環(huán)的參數(shù)配置。但是隨著時間的推移,電容會存在老化現(xiàn)象,其電容值會發(fā)生變化,這將影響PI控制器的控制效果,即PI控制器對系統(tǒng)參數(shù)變化較為敏感,當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生漂移,控制性能將會進(jìn)一步惡化。而且由于PI控制器本身的結(jié)構(gòu),使得其存在超調(diào)與調(diào)節(jié)時間無法兼顧這一問題,且其抗擾動能力也是有限的??紤]到在直流微電網(wǎng)母線電壓控制器中,外環(huán)往往決定了整個控制器的控制性能,所以為了克服上述問題,在下文將引出基于新型趨近律的直流微電網(wǎng)母線電壓外環(huán)滑??刂破鞯脑O(shè)計,該控制器的設(shè)計可以有效地提高系統(tǒng)抗擾動的能力。

    3 ESO-NRSMC的設(shè)計及穩(wěn)定性分析

    3.1 直流微電網(wǎng)母線電壓控制器

    在正常的工況下,內(nèi)部參數(shù)攝動或負(fù)荷的擾動均可能擾亂直流微電網(wǎng)中直流母線電壓的穩(wěn)定,母線電壓穩(wěn)定性不足將會影響到微電網(wǎng)的正常供電??刂圃韴D如圖4所示,常用的母線電壓控制方式為采用兩個電流內(nèi)環(huán)和一個電壓外環(huán)的來對母線電壓進(jìn)行控制。電流內(nèi)環(huán)跟蹤電壓外環(huán)輸出的給定值,而電壓外環(huán)控制器起到維持母線電壓穩(wěn)定的作用,其性能決定了整個系統(tǒng)的控制性能。而本小節(jié)中直流母線電壓的電壓外環(huán)通過所設(shè)計的基于擴(kuò)張擾動觀測器的新趨近律滑模復(fù)合控制器ESO-NRSMC(extend state observer-New reaching law sliding mode control)進(jìn)行控制。

    圖4 直流母線電壓控制原理圖

    3.2 新型趨近律的設(shè)計

    設(shè)計滑模控制器的步驟一般包含選擇恰當(dāng)?shù)幕C婧驮O(shè)計趨近律,從而讓系統(tǒng)的軌跡能在控制律的作用下逼近滑模面。傳統(tǒng)的指數(shù)趨近律如下式:

    (29)

    其中:s為滑模面,ε與k為大于零的常數(shù)。指數(shù)趨近律有自身的缺點,在指數(shù)趨近律的作用下,系統(tǒng)向原點進(jìn)行運動時,并不能逼近原點,而是在其附近產(chǎn)生高頻抖振。而新設(shè)計的滑模趨近律由變速趨近項和終端吸引趨近項構(gòu)成,在變速趨近項中引入反正切函數(shù),當(dāng)滑模函數(shù)遠(yuǎn)離滑模面時,變速趨近項較大,加速收斂過程;當(dāng)滑模函數(shù)接近滑模面時,變速趨近項較小抑制高頻抖振。終端吸引趨近項相較于傳統(tǒng)的指數(shù)趨近項提高了收斂速度,能在有限時間內(nèi)收斂至滑模面,提升了滑??刂破鞯乃矔r性。

    (30)

    式中,ε>0,k>0,ε的具體表達(dá)形式為下式:

    (31)

    綜上分析表明:采用這種新型趨近律可以維持系統(tǒng)在接近或遠(yuǎn)離滑動模態(tài)時都具有很好的趨近性能,并且也可以抑制抖振現(xiàn)象,具有時間可達(dá)性。

    3.3 基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的滑模控制器

    針對于母線電壓外環(huán)控制系統(tǒng)可能受到外部擾動的影響,本文引入了擴(kuò)張狀態(tài)觀測器來觀測系統(tǒng)可能受到的負(fù)載擾動,首先可將外環(huán)母線電壓模型寫為下式:

    (32)

    式中,dt為總的擾動值,定義系統(tǒng)的兩個狀態(tài)變量值X=[x1,x2]=[Udc,dt],根據(jù)設(shè)置的狀態(tài)變量得到新的狀態(tài)空間表達(dá)式為:

    (33)

    其中:

    (34)

    為了觀測擾動值,設(shè)計以下的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器:

    (35)

    式中,Z=[z1,z2]T為擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的輸出值,z2是擾動量的估計值,L=[β1,β2]T是觀測器的增益參數(shù)。

    圖5為ESO-NRSMC控制器結(jié)構(gòu)圖,擴(kuò)張狀態(tài)觀測器將觀測到的擾動值對滑??刂破鬟M(jìn)行前饋的補(bǔ)償,實現(xiàn)對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的擾動的有效抑制。最終由滑??刂破鞯玫酵猸h(huán)電壓控制器輸出,即d軸參考電流值。

    圖5 ESO-NRSMC控制器結(jié)構(gòu)圖

    下面將設(shè)計基于擴(kuò)張擾動觀測器的滑??刂破?。首先定義母線電壓跟蹤誤差為:

    (36)

    以母線電壓誤差為自變量,選取積分型滑模面為:

    (37)

    積分滑模面可以平滑控制器輸入,并且讓控制律中不會出現(xiàn)變量的二階導(dǎo)數(shù),可以增強(qiáng)控制器的穩(wěn)定性。

    最后,電壓外環(huán)控制器的輸出為:

    (38)

    為了分析設(shè)計的母線電壓外環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,本文構(gòu)造Lyapunov函數(shù)為:

    (39)

    求導(dǎo)可得:

    (40)

    其次,可得:

    (41)

    (42)

    將式子帶入可得:

    (43)

    4 仿真結(jié)果與分析

    本節(jié)為了驗證所提出的基于新型趨近律的直流微電網(wǎng)母線電壓滑??刂破鞯暮侠硇院凸ぷ餍阅?,采用圖4所示的直流微電網(wǎng)母線電壓控制結(jié)構(gòu),在Simulink上搭建系統(tǒng)模型。

    將控制器的參數(shù)設(shè)置為:滑??刂破髟鲆鎘=1 200;ε=6 000;β=3。PI控制器增益Kp=0.75;KI=45。

    仿真結(jié)果的具體說明為:圖6為系統(tǒng)在常用的PI控制和文中所提的直流微電網(wǎng)母線電壓的ESO-NRSMC控制方法下的直流微電網(wǎng)母線電壓的階躍響應(yīng)對比圖;圖7為在直流側(cè)電阻性負(fù)載突變的情況下,母線電壓的波形對比圖;圖8為在恒功率型負(fù)載突變的情況下,母線電壓的波形對比圖;圖9為在參數(shù)C失配情況下,母線電壓的波形對比圖。

    具體的結(jié)果分析如下所示。

    1)階躍性能比較。

    從圖6可以看出,直流微電網(wǎng)母線電壓在PI控制的作用下起動迅速,但是會有較大的超調(diào),并且到達(dá)穩(wěn)態(tài)的速度較慢;而在所提的ESO-NRSMC控制策略下可以幾乎實現(xiàn)無超調(diào),且僅需約0.015 6 s便能快速地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。所提的ESO-NRSMC器相比于PI控制器在啟動特性和魯棒性方面更具有優(yōu)勢。

    圖6 直流微電網(wǎng)的母線電壓階躍響應(yīng)圖

    2)負(fù)載波動性能比較。

    由圖7和圖8可以看出,在直流微電網(wǎng)直流側(cè)電阻性負(fù)載和直流側(cè)功率性負(fù)載突然減半時,直流微電網(wǎng)母線電壓在PI控制的作用下較為敏感,母線電壓波動的幅度較大,并且波動后需要較長的調(diào)節(jié)時間才能夠恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài);而在本文所提的ESO-NRSMC控制策略的作用下,當(dāng)直流側(cè)電阻性負(fù)載和直流側(cè)恒功率性負(fù)載突然減半時,仍然能夠維持較好的動態(tài)性能,可以快速地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài),并且該控制方法采用了一種新型趨近律方法,使得控制器對抖振的抑制能力也得以提高。

    圖7 直流側(cè)電阻性負(fù)載突變時的電壓波形圖

    圖8 直流側(cè)恒功率性負(fù)載突變時的電壓波形

    3)參數(shù)敏感性比較。

    在微電網(wǎng)運行過程中,可能會出現(xiàn)系統(tǒng)的模型參數(shù)與控制器的參數(shù)不匹配的情況,此處將直流母線電容設(shè)置為。由圖9可以看出,在控制系統(tǒng)的參數(shù)C失配情況下,PI控制器對參數(shù)C失配的情況較為敏感,會惡化瞬態(tài)響應(yīng),超調(diào)量也較大。而所提ESO-NRSMC控制器對參數(shù)C變化的情況不敏感,瞬態(tài)響應(yīng)較為良好,超調(diào)不明顯,僅需要0.022 s就能在較快的時間內(nèi)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

    圖9 參數(shù)C發(fā)生變化時直流微電網(wǎng)的母線電壓波形圖

    5 結(jié)束語

    本文針對于直流微電網(wǎng)母線電壓控制系統(tǒng)中存在的母線電壓穩(wěn)定性的問題,提出了一種ESO-NRSMC控制方法。該方法應(yīng)用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器,觀測到直流母線控制系統(tǒng)中的非線性部分與外部擾動的部分,并且對其進(jìn)行前饋補(bǔ)償,將所觀測到的狀態(tài)擾動值反饋到該控制器之中,有效地提高了直流微網(wǎng)母線電壓的穩(wěn)定性能。同時,還通過采用一種新型趨近律的方法來設(shè)計該滑模控制器,使得該控制器在擁有較快的收斂速度的同時,又可以有效地抑制系統(tǒng)出現(xiàn)的高頻抖振。之后,還通過引入lyapunov函數(shù),證明該控制器的穩(wěn)定性。最后,將本文所設(shè)計的直流微電網(wǎng)母線電壓控制方法與目前常用的PI控制方法作對比實驗,驗證了本文所設(shè)計的控制器ESO-NRSMC的可行性和優(yōu)越性,證明本文所設(shè)計的控制器ESO-NRSMC可以有效地解決直流微電網(wǎng)在參數(shù)攝動和負(fù)荷波動情況下,母線電壓難以維持其平穩(wěn)運行的難題。

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