[发明专利]基于鲁棒控制的微电网系统电压稳定控制方法

摘要

本发明公开了基于鲁棒控制的微电网系统电压稳定控制方法，所述智能微电网系统控制架构由系统控制层、集中控制层和就地控制层组成，通过多层级的协调控制，实现微电网系统的能量优化与电压和频率稳定控制。本发明建立了感应电动机动态负荷并联静态负荷的综合负荷模型，在满足系统性能与鲁棒稳定性约束条件下，采用求解混合灵敏度问题的方法设计了微电网电压稳定鲁棒控制器，以提高微电网电压稳定性。本发明能适应负荷参数大范围变动，对由于运行工况的变化、外界环境的影响和负荷的频繁切换等因素使微电网的模型参数产生摄动以及拓补和未建模部分的不确定性具有较强的鲁棒性，能较好地抑制参数漂移和噪声干扰，同时控制器结构简单，易于实现。

主权项

1.基于鲁棒控制的微电网系统电压稳定控制方法，微电网系统的控制架构由系统控制层、集中控制层和就地控制层组成，其特征是，通过各层级间协调控制，实现微电网系统的能量优化与电压和频率稳定控制，具体包括以下步骤：（1）建立感应电动机动态负荷模型并联静态负荷模型的综合负荷模型，所述静态负荷模型为恒电流I、恒功率P、恒阻抗Z三类多项式负荷模型的加权组合，静态负荷模型满足：P＝P₀[a_P(UU₀)²+b_p(UU₀)+c_p]Q＝Q₀[a_q(UU₀)²+b_q(UU₀)+c_q]其中a_p+b_p+c_p＝1a_q+b_q+c_q＝1式中：U和U₀分别为实际电压值和基准电压值；P和Q分别为负荷端电压为U时负荷吸收的功率；P₀和Q₀分别为负荷端电压为U₀时负荷吸收的功率；系数a_p，b_p，c_p分别为恒阻抗、恒电流、恒功率负荷的有功功率占负荷总有功功率的百分比；a_q，b_q，c_q分别为恒阻抗、恒电流、恒功率负荷的无功功率占负荷总无功功率的百分比；感应电动机动态负荷采用极坐标系下的3阶机电暂态微分方程描述，其中机械负载特性取为转速的二次函数，其数学模型为：dEd′dt=-1T′[Ed′+(X-X′)Iq]-(ω-1)Eq′dEq′dt=-1T′[Eq′+(X-X′)Id]-(ω-1)Ed′dωdt=-12H[(Aω2+Bω+C)T0-(Ed′Id+Eq′Iq)]]]>Id=1Rs2+X′2[Rs(Ud-Ed′)+X′(Uq-Eq′)]Iq=1Rs2+X′2[Rs(Uq-Eq′)-X′(Ud-Ed′)]]]>其中T′＝(X_r+X_m)/R_rX＝X_s+X_mX′＝X_s+X_mX_r/(X_m+X_r)A+B+C＝1式中：H为转子的惯性常数；T₀为感应电动机机械负载率；ω为感应电动机同步角速度；A、B分别为与转速的平方、一次方成比例的转矩系数，C为恒转矩系数；X_m为励磁电抗；R_s为定子绕组的电阻；R_r为转子绕组的电阻；X_s为定子绕组的漏抗；X_r为转子的漏抗；I_d、I_q分别为感应电动机定子电流的d轴和q轴分量；U_d、U_q分别为感应电动机机端电压的d轴和q轴分量；E′_d、E′_q分别为感应电动机暂态电势的d轴和q轴分量；T′为感应电动机暂态电势衰减时间常数；X′为感应电动机暂态电抗；（2）建立柴油发电机交流无刷励磁系统数学模型：E·=AE+B1I+B2u]]>y＝CEE=EfdEq′Eq′′Ed′′,A=-1Tl0001Td0-1Td000cTd01Td0′′-cTd0-1Td0′′0000-1Tq0′′,]]>B1=00-Xd-Xd′Td00-Xd′-Xd′′Td0′′-cXd-cXd′Td000-Xq′-Xq′′Tq0′′,B2=KlTl000,C=0100]]>其中，E_fd为正比于发电机励磁绕组电压U_f的电动势；E_q′为暂态电动势；E_d″,E″_q分别为次暂态电动势的直轴即d轴分量和横轴即q轴分量；T_l是交流励磁机的时间常数，增益为K_l；T_d0为直轴开路暂态时常数；T″_d0为直轴开路次暂态时问常数;T″_q0为交轴开路次暂态时间常数;X_l＝X_d-X_ad；X_d为直轴同步电抗；X_d′为直轴瞬变电抗；X_d′′为直轴超瞬变电抗；X_q′交轴顺便电抗；X_q′′为交轴超瞬变电抗；X_ad为直轴电枢反应电抗；（3）为维持微电网在干扰下的电压稳定，采用闭环控制系统控制就地控制层中柴油发电机；以步骤（1）所述综合负荷模型为输出扰动信号，以步骤（2）所述柴油发电机交流无刷励磁系统数学模型为对象，针对外部干扰和微电网模型的不确定性，采用考虑加权的求解混合灵敏度问题的方法建立微电网电压稳定鲁棒控制器问题，基于“2—Riccati方程”求解电压稳定鲁棒控制器K，使电压控制闭环系统稳定。