[发明专利]一种基于反步滑模的电力弹簧电压控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，特别是一种基于反步滑模的电力弹簧电压控制方法。

背景技术

近年来，可再生能源特别是光伏和风力发电发展迅速，微电网将分布式电源、储能装置、负荷及控制系统等结合，形成一个协调可控的、能够自我管理的系统，是集成和利用可再生能源的有效方式。但是，一方面可再生能源发电易受到外界自然条件的影响，其出力具有间歇性、随机性和不可预测性等特点；另一方面，由于微电网容量和惯性比较小，自我调节能力不足。所以在微网内当可再生能源出力波动和负载波动时，会对电压稳定性造成影响。

为了有效解决微电网中的电压波动问题，香港大学的许树源教授于2012年提出了电力弹簧的概念，电力弹簧的思想是把负载分为关键性负载与非关键性负载，在微电网中的电压波动，把关键性负载电压稳定在目标值范围内，将电压(能量)波动传递给非关键性负载。电力弹簧让负载的耗电量随可再生能源发电量的改变而改变，可以有效克服可再生能源发电的不可预测性和间歇性。其本质是部分牺牲非关键负载上的稳定性，保证关键负载和整个系统的电压稳定。

在应用时，电力弹簧的最终目标是使关键负载上的电压跟踪给定参考值，从而保证电压的稳定性。目前电力弹簧的控制方法主要为PI和PR控制，但电力弹簧中的逆变器也是一类典型的开关型非线性系统，传统的线性控制方法虽然结构简单，但应用于该类系统时，其快速性和精确性不能达到理想要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好稳态与动态特性的实现电力弹簧接入点电压稳定的反步滑模控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于反步滑模的电力弹簧电压控制方法，包括以下步骤：

步骤1、根据电力弹簧的电路结构图，建立电力弹簧的数学模型；该模型为：

式中，C为交流侧滤波电容，L为交流侧滤波电感，u_es为电力弹簧的输出电压，i_L为滤波电感电流，i_nc为流过电力弹簧和非关键负载的电流，u_inv为逆变器交流侧输出电压。

步骤2、以滤波电容电压及其导数为状态变量，得到包含参数摄动和外部扰动的非精确状态方程为：

其中，状态变量x₁为电力弹簧的输出电压u_es，状态变量x₂为电力弹簧输出电压的导数ω(t)为包含滤波器LC参数摄动和外部扰动的不确定项总和。

滤波器LC参数不确定项和外界干扰的总不确定项ω(t)为：

式中，Δ₁、Δ₂为系统滤波参数的不确定性部分；Δ₃为外界干扰，由逆变器直流侧电压不稳定和负载波动引起。

步骤3、以跟踪误差作为控制输入量，将反步法与滑模控制方法相结合，构建电力弹簧的反步滑模控制律为：

式中：u_inv即为根据反步滑模方法得到的反馈控制律；z₁＝x₁+u_nc-u_{s_ref}为根据控制目标定义的第一个跟踪误差，其中，u_nc为非关键负载上的电压，u_{s_ref}为电力弹簧的输入电压参考值；为反步法中设计的中间虚拟控制变量，其中，c₁＞0为反馈控制参数；s＝x₂-α为反步法中第二个跟踪误差，也是所定义的滑模面；c₂＞0，η＞0为滑模控制参数；sgn为符号函数。

步骤4、将反馈控制律作用于脉冲宽度调制PWM，对电力弹簧的逆变器进行控制，以稳定电力弹簧接入点的电压。