[发明专利]一种交直流混合微电网数据驱动控制方法

权利要求书

1.一种交直流混合微电网数据驱动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：基于互联功率变换器的数学模型，考虑到直流微电网部分的电压动态，忽略开关器件的导通电阻，对互联功率变换器进行动态线性化数据建模，获得等效的动态线性化数据模型；

步骤2：根据等效的动态线性化数据模型，设计数据驱动无模型自适应电压控制器，在不需要微电网精准模型的情况下，以实现交直流混合微电网中互联功率变换器的电压跟踪控制；

步骤3、在步骤2设计的数据驱动无模型自适应电压控制器作为控制策略内环的基础上，采用双下垂控制策略，结合有功功率命令管理和分配方法和下垂系数更新方案，通过互联功率变换器实现交直流混合微电网之间的比例功率共享并同时参与电压和频率的调节；

步骤4、采用PI控制器实现交流频率和直流电压的恢复，将微电网参考频率和参考电压与实际频率和实际电压做差之后作为PI控制器的输入，再与步骤3下垂控制器输出频率和输出电压相加得到参考电压产生的给定量，进而实现对互联功率变换器的二次控制；

所述步骤1包括：

步骤1.1：互联功率变换器的数学模型如下所示：

I_IC,f＝(-R_IC/L_IC)I_IC,f+(1/L_IC)(V_IC,dcu_av-v_IC) (2)

v_IC＝(1/C_IC)(I_IC,f-I_IC) (3)

其中，I_IC,f是滤波电感的交流电流，v_IC是滤波器电容的交流电压，u_av是互联功率变换器的平均开关信号，I_IC是交流输出电流；V_IC,dc是直流母线电压，i_IC,dc是输入电流；L_IC是滤波器电感，R_IC是滤波器电阻，C_IC是滤波器电容，C_dc是直流母线电容；

步骤1.2：当互联功率变换器从交流微电网吸收功率并注入到直流微电网中或者互联功率变换器向交流微电网注入功率时，将互联功率变换器的数学模型中的直流母线电压V_IC,dc和滤波电容的交流电压v_IC看作是系统的输出，互联功率变换器的平均开关信号u_av则看作为系统的输入，互联功率变换器的数学模型输入输出关系表达成如下的离散非线性模型：

v_IC(k+1)＝f₁(v_IC(k),…,v_IC(k-d_y1),u_av(k),…,u_av(k-d_u)) (4)

V_IC,dc(k+1)＝f₂(V_IC,dc(k),…,V_IC,dc(k-d_y2),u_av(k),…,u_av(k-d_u)) (5)

其中，v_IC＝[v_IC-a,v_IC-b,v_IC-c]^T,u_av＝[u_a-av,u_b-av,u_c-av]^T，v_IC-a,v_IC-b,v_IC-c分别是a,b,c三相的滤波器电容的交流电压，u_a-av,u_b-av,u_c-av分别是a,b,c三相的开关信号；d_u和d_y是未知的阶数，并且f_i(·)为未知的非线性函数；

令V₁＝v_IC，V₂＝V_IC,dc，u＝u_av和f_i＝(f₁,f₂)，对离散非线性模型进行归一化处理，将离散非线性模型转换为如下所示：

V_i(k+1)＝f_i(V_i(k),…,V_i(k-d_y),u(k),…,u(k-d_u)),i＝1,2 (6)

其中，d_u和d_y是未知的阶数，并且f_i(·)为未知的非线性函数；根据微分中值定理，将式(6)转换为如下所示：

其中，ΔU(k)＝[Δu(k),Δu(k-1),…,Δu(k-L+1)]，表示非线性函数f(·)对输入量u(k)的偏导数，η(k)是使成立的列向量，其中：

得到伪偏导数雅各比矩阵表达式如下所示：

基于数据驱动的局部动态线性化，利用伪偏导数雅各比矩阵，获得等效的动态线性化数据模型如下所示：

其中伪偏导数雅各比矩阵||Ψ_i(k)||≤C_i，C_i的值为正常数，ΔU(k)＝[Δu(k),Δu(k-1),…,Δu(k-L+1)]，Δu(k-i+1)＝u(k-i+1)-u(k-i)，ΔV_i(k+1)＝V_i(k+1)-V_i(k)；

所述步骤3包括：

步骤3.1：互联功率变换器的动态双下垂控制策略有功功率的数学表达如下所示：

其中，为互联功率变换器传输的有功功率，为互联功率变换器的参考频率，为互联功率变换器的参考直流电压；ω_IC,max为互联功率变换器的最大频率，V_IC,dc,max为互联功率变换器的最大直流电压；为功率向交流电网传输时互联功率变换器的下垂系数，为功率向直流电网传输时互联功率变换器的下垂系数；

由于输出交流频率ω_ac和交流微电网的有功功率P_ac呈线性关系，直流电压V_dc和直流微电网的有功功率P_dc呈线性关系，为了实现直流微电网和交流微电网之间的比例功率共享，交直流混合微电网的统一下垂响应表示为如下所示：

其中，ω_o是P_ac＝0时的交流频率，V_o是P_dc＝0时的直流电压，k_ac为交流微电网的联合下垂系数和k_dc为直流微电网的联合下垂系数，P_ac和P_dc分别为交流微电网和直流微电网传输的有功功率；

当互联功率变换器开始工作时，通过测量输出 交流频率ω_ac和直流电压V_dc获得交流微电网和直流微电网的运行状态，在t＝t₀时刻，输出 交流频率和直流电压的初始值分别为和根据下垂控制策略的基本原理，当ω_ac＝V_dc＝ξ_s，其中ξ_s为常数，实现交流微电网和直流微电网之间的比例功率共享，此时得到如下所示：

其中，是在t＝t₀时刻交直流混合微电网为实现比例功率分配通过互联功率变换器传输的有功功率；根据式(16)，被重新写成如下所示：

步骤3.2：当功率分配达到稳定状态时ω_ac＝V_dc＝ξ_s，通过互联功率变换器实现了交流微电网和直流微电网之间的比例功率分配问题，根据交流微电网和直流微电网中的负载发生改变情况，有功功率按如下公式进行更新：

其中，表示在t＝t_k时刻改变负载时由互联功率变换器传输的有功功率，ΔP_Lac和ΔP_Ldc表示在t＝t_k时刻交直流混合微电网有功功率的增量；和表示在t＝t_k+1时刻测量的终端交流频率和直流电压；

当负载变化偏差足够小时，互联功率变换器不需要传输有功功率，为了避免上述情况，将偏差的阈值引入公式(18)，有功功率的数学表达式被修改成如下所示：

其中，ε(·)是单位阶跃函数，和表示在t＝t_k时刻测量的终端输出 交流频率和直流电压；η是和之间的变换偏差，根据修改后的有功功率的数学表达(19)计算比例功率分配；

步骤3.3：当互联功率变换器的参考频率和参考直流电压满足时，根据式(14)和式(18)得到下垂系数更新方程如下所示：

其中：

k_IC＝k_ac+k_dc，

ξ_OL是当微电网运行在过载时的ξ_s，ξ_min为微电网运行过程中最小的ξ_s；根据式(14)和(20)实现精确的直流电压和交流频率调节。