[发明专利]基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制器设计方法

说明书

本发明公开了基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制器设计方法，基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制器设计方法，控制器采用双环控制，引入第二级观测器进行观测补偿，并将级联观测器对总扰动的估计值反馈到补偿器进行消除；设计非奇异快速终端滑模控制进行优化，并利用混合储能单元特性，分别补偿高低频分量，来提高系统的响应速度，控制器设计完成。本发明所设计的改进型滑模自抗扰控制器通过级联观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的方式，提高观测精度的同时也增强了控制性能。

技术领域

本发明属于直流微电网技术领域，具体涉及基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制器设计方法。

背景技术

目前，光储直流微网的应用越来越广泛。以光伏发电和混合储能为主体的直流微电网，可以充分吸收可再生能源，提高能源效率。由于太阳能资源的随机性，光储微电网经常遇到电压质量问题。为了解决这一问题，常加入储能系统来弥补间歇性光伏输出，但单一的储能单元不能同时满足高功率、高能量密度的特性。因此，混合储能成为目前研究的重点。

光储系统容易受到负荷、光照等不确定性的影响，降低了母线电压的控制性能。为提高母线电压的稳定度，研究人员提出了多种非线性控制策略，如自适应控制，滑模控制，微分平坦控制，自抗扰控制等。有文献针对由燃料电池组成的升压系统，设计微分平坦双环控制策略，提高了系统的可靠性。但平坦控制比较依赖被控系统的精确模型，缺乏考虑不确定扰动的影响，从而导致了系统控制的复杂性。自抗扰控制以其鲁棒性和抗干扰能力强等优点被广泛研究与应用，但其控制参数多，整定困难。因此，有学者提出了线性自抗扰控制(LADRC)，将控制器进行线性化并采用带宽法进行参数整定，简化了参数整定过程。有文献针对升压型DC/DC变换器，提出了一种基于LADRC的串级控制策略，解决了升压变换器由于非最小相位特性、输入电压和负载变化而导致输出电压不稳定的问题。有文献针对光储系统，设计了一种前馈自抗扰控制策略，同时将线性自抗扰引入分频后的电流环中，以实现不同储能设备间的协调控制，但当外扰频率较高时，状态观测器对总扰动的跟踪能力较差。

虽然简化参数后的LADRC控制方便实现，但对系统中的未知干扰、耦合、不确定性等补偿能力下降。为此，有学者提出改进型线性自抗扰策略，来增强LADRC的控制性能。有文献通过在观测器扰动观测通道中引入了序列校正的思想，实现对扰动项的精确跟踪。还有文献针对光伏并网逆变器，提出级联线性扩张状态观测器(CLESO)来补偿传统方法下未估计的剩余扰动，进而提升扰动估计抑制能力。以上文献都是针对观测器进行改进，提高了观测精度，但误差反馈控制仍采取PD控制，系统收敛速度仍然较慢。有文献针对永磁同步电动机伺服系统提出滑模自抗扰控制策略，通过设计变增益扩张状态观测器增强观测精度，同时将积分滑模控制器代替传统自抗扰控制中的非线性误差状态反馈环节，进而提高系统的鲁棒性。但传统的滑模控制需要较大的切换增益来处理扰动影响，切换增益造成的抖振问题，影响了系统控制性能。目前，非奇异快速终端滑模(NFTSMC)控制因具有比传统滑模控制更快的收敛速度和更强的鲁棒性，被应用于多类控制系统中，如四旋翼无人机，机械臂永磁同步电机，并取得了显著效果。

发明内容

本发明的目的是提供基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制器设计方法，所设计的改进型滑模自抗扰(Improved sliding mode auto-disturbancerejection，ISMADRC)控制器通过级联观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的方式，提高观测精度的同时也增强了控制性能。

本发明所采用的技术方案是，基于混合储能的光储直流微网改进型滑模自抗扰控制器设计方法，控制器采用双环控制，引入第二级观测器进行观测补偿，并将级联观测器对总扰动的估计值反馈到补偿器进行消除；设计非奇异快速终端滑模控制进行优化，并利用混合储能单元特性，分别补偿高低频分量，来提高系统的响应速度，控制器设计完成。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1：光储直流微网系统建模；