[发明专利]直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计方法

说明书

本发明是一种直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计方法，包括：步骤一建立直流微电网系统非线性恒功率负载动态模型；步骤二依据动态模型构建其等价的T‑S模糊模型；步骤三将得到的直流微电网系统非线性恒功率负载T‑S模糊模型进行离散化和模型降阶；步骤四设计直流微电网非线性恒功率负载的切换型模糊状态观测器并离线求解切换型模糊状态观测器的增益矩阵；步骤五将观测器增益赋值给直流微电网非线性恒功率负载的切换型模糊状态观测器，在线实现系统的非线性恒功率负载的不可测信号状态估计功能。该方法能够扩大应用基于T‑S模糊模型的状态观测器设计方法进行直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计的可观测域范围。

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体的说是涉及一种直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计方法。

背景技术

随着全球能源需求数量和质量的不断提高，能源短缺和环境污染问题日益严重，集中式发电系统智能化程度不高的问题不断凸显，这些问题推动了可再生能源的发展。为了有效解决可再生能源接入电网问题，研究人员将可再生能源与储能装置、负载、能量转换装置、监控和保护装置进行系统集成，从而产生了微电网系统技术。由于传统电网依赖于交流电系统，因此早期对微电网的研究主要集中在交流(AC)微电网系统。与交流微电网相比，直流微电网具有更高效率、无功功率低和谐波性能高等优点。直流微电网由多种电源和直流/交流负载组成，通过电力电子转换器和过滤器连接在一起。通常，接口转换器应用在直流微电网中以将可持续电源连接到公共电源公共汽车等充电设备上。此外，通过电力电子转换器并联以形成系统的分布式结构。

在直流微电网的相关研究中，针对配备恒定功率负载(cpl)的直流微电网的实时控制与状态估计问题已经引起了很多关注。从恒定功率负载器件功能角度上讲，其对直流微电网的平稳运行，诸如海洋孤岛微电网充放电、电动汽车充电、微电网削峰填谷等应用场景至关重要。从现有技术上讲，技术人员采用电流分配来镇定整个直流微电网，而恒定功率负载的负阻抗特性可能使整个微电网系统不稳定甚至系统崩溃。更为糟糕的是，恒定功率负载通常具有非线性环节且关键信号参数无法直接测量，导致了直流微电网面临“测不准，控制难”等棘手问题。迄今为止，国内外学者已经提出了几种非线性状态估计方法来对非线性环节的不可测信号进行在线状态估计，并将状态估计结果用于直流微电网系统稳定监控以此来减轻恒定功率负载的负阻抗特性所造成的不良影响。于是，状态估计技术作为保障直流微电网系统安全、可靠运行的关键性技术之一而在近年来受到了广泛的研究和重视。特别地，基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的状态观测器设计方法在复杂非线性系统测控中应用较为广泛而受到了领域技术人员的青睐；其原因在于基于并行分布补偿思想(PDC)和强大的线性矩阵不等式(LMI)技术使得领域工程人员更易理解且设计过程简便快捷。但是，基于T-S模糊模型的状态观测器设计方法在实际应用于直流微电网系统时普遍存在信号可观测域过小这一棘手问题，造成了应用该方法进行非线性恒功率负载的不可测信号状态估计时无法获得满足软测量性能指标的模糊观测器的可行解，其本质原因为已有基于T-S模糊模型的状态观测器设计方法的保守性过大所导致。另一方面，恒定功率负载模型阶数较高也会导致所设计的模糊状态观测器阶数较高进而增加额外的计算负担和硬件成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计方法，通过对直流微电网非线性恒功率负载进行模型降阶并设计一种新型的切换型模糊状态观测器应用于直流微电网系统时存在信号可观测域过小问题。所设计的切换型模糊状态观测器涵盖过去时刻的模糊隶属度信息，以及根据模糊隶属函数值所在间隔进行分区切换，在其激活的切换模式下考虑每个分区子间隔的更多信息，进一步降低直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计方法的保守性并减轻了模糊状态观测器的计算负担。此外，所提出的直流微电网非线性恒功率负载的切换型模糊状态观测器的增益矩阵首先可以使用所开发的LMI程序进行离线求解得到，然后再用于直流微电网非线性恒功率负载的不可测信号状态估计的在线实施。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：