[发明专利]小型孤岛风柴混合电力系统电压和频率的控制方法及装置

说明书

本发明涉及一种小型孤岛风柴混合电力系统电压和频率的控制方法及装置，其中方法包括：步骤S1：导入待控制的孤岛风柴混合电力系统的参数，以建立包含耦合效应的孤岛风柴混合电力系统的数学状态模型；步骤S2：设计超螺旋滑模观测器；步骤S3：根据设计的观测器观测到的系统状态变量，得到滑模控制器的输出矩阵并输入至所述状态模型作为控制指令。与现有技术相比，本发明针对系统状态变量不可测的问题，设计超螺旋滑模状态观测器来观测系统状态变量。

技术领域

本发明涉及小型混合电力系统电压和频率控制领域，尤其是涉及一种小型孤岛风柴混合电力系统电压和频率的控制方法及装置。

背景技术

由于地形和经济因素，风柴混合系统被广泛应用到山区，海岛等电能传输不便的地区。但是风能具有间歇性和随机性，会对系统电压和频率稳定性产生影响。而随着科技发展，分布式小型风柴系统越来越多的在上述地区被设计，通常的将有功功率和无功功率解耦考虑的模型不适合这种情况，因此有必要将耦合项考虑到数学模型中，设计控制器来对有耦合项的风柴系统进行电压和频率的调整。

随着储能技术的不断发展以及成本的降低，越来越多的电池被接入到系统中用来对电力系统的频率波动进行优化。同时为了改善电能质量，柔性交流输电技术(flexibleAC transmission systems，FACTS)伴随着电力电子技术的快速发展而不断进步，为电力系统中电压波动提供了可靠的优化方法。DSTATCOM是一种新型的并联FACTS装置，可通过向电网动态注入感性或容性无功功率来快速抑制电压波动，以维持系统电压稳定。

滑模控制作为典型的非线性控制，具有响应速度快，对参数摄动和外界干扰具有不敏感性，有很强的鲁棒性。并且算法简单，易于工程实现，因此广泛应用于电力系统中。由于系统状态变量不可通过传感器直接测量，因此可设计观测器来观测到不可测量的状态变量，再根据观测到的状态变量，可设计相应的滑模控制器来提高系统的响应速度。但是由于滑模控制的固有抖振问题，因此饱和函数可以在控制器的设计中取代阶跃函数来减小抖振问题，并采用模糊控制器自适应的改变控制器参数，进一步的减小控制器的抖振。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小型孤岛风柴混合电力系统电压和频率的控制方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种小型孤岛风柴混合电力系统电压和频率的控制方法，包括：

步骤S1：针对如图1所示孤岛风柴储混合电力系统，为了减小由于风能波动以及负荷波动而引起的系统电压和频率偏差，导入待控制的孤岛风柴混合电力系统的参数，以建立包含耦合效应的孤岛风柴混合电力系统的数学状态模型；

步骤S2：设计超螺旋滑模观测器；

步骤S3：根据设计的观测器观测到的系统状态变量，得到滑模控制器的输出矩阵并输入至所述状态模型作为控制指令。

所述步骤S1的孤岛风柴混合电力系统中，配以电池和DSTATCOM进行系统电压和频率的调节，采用电池对系统频率进行调节，用DSTATCOM对系统电压进行调节，从而减小系统中电压与频率偏差。

所述状态模型具体为：

其中：为状态变量矩阵的导数，x(·)为系统状态变量矩阵，y(·)为状态变量输出矩阵，u(·)为滑模控制器的输出矩阵，m(·)为系统参数的不确定项，t为时间，A、B、C为系统参数矩阵。

所述观测器的数学表达式为：

其中：为观测到的状态变量的导数，为观测器观测到的系统状态变量，F、L为常数矩阵，k₁、k₂为观测器的滑模系数，为观测量和实际输出变量的差，n(·)为饱和函数，为过度矩阵，为过度矩阵的导数。