[发明专利]一种基于无扰动切换的微网多目标运行的优化控制方法

摘要

一种基于无扰动切换的微网多目标运行的优化控制方法，步骤一：对于多模态运行的切换系统，每个运行模态都有各自的控制器；步骤二：寻找一个容许控制α*(t)，基于最优控制理论使性能指标函数(3)取为极小值；步骤三：孤岛运行模式的控制目标是抑制环流的同时均分功率；步骤四：考虑微网并网运行模态下的运行目标，设计相应的模态控制器，并且从孤岛运行模态切换到并网运行模态时的无扰动切换补偿控制器；本发明设计的无扰动切换补偿控制器可以保证系统的稳定性和平滑连续的暂态性能。

主权项

1.一种基于无扰动切换的微网多目标运行的优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对于多模态运行的切换系统，每个运行模态都有各自的控制器，对子系统i而言，控制器的状态方程如下：其中x(t)∈Rn是控制器i的状态向量，y(t)∈Rq是被控对象的输出，ui(t)是控制器的输出，r∈Rp是要被跟踪的参考信号，Ai Bi Ci Di是控制器i的系统矩阵；为了实现无扰动切换，保证活跃模态切换到休眠模态时的连续性，考虑休眠模态控制器的状态方程如下：其中α(t)∈Rp是无扰动切换补偿器，保证切换时控制的连续；将模态依赖的无扰动补偿控制器的设计问题转化为线性二次型的最优控制问题，则相对于控制量和无扰动切换调节量的二次型性能指标函数写成：其中ua(t)是活跃模态控制器的输出，ul(t)是休眠模态控制器的输出，eu(t)是活跃模态控制器和休眠模态控制器之前的输出误差，ey(t)是无扰动补偿控制器和参考信号之间的误差，Q和R是相应维数的正定加权阵；步骤二：寻找一个容许控制α*(t)，基于最优控制理论使性能指标函数(3)取为极小值，首先应用拉格朗日乘子法结合(1)构造增广泛函如下：构造哈密尔顿函数H(t)如下：则增广泛函可以被写成使取极小值的必要条件是，对任意的和都有成立；因此得到下面的极值条件式子(10)结合(4)可以得到其中式子(9)结合(4)可以得到假设λ＝Pxl‑g  (14)其中P是黎卡蒂方程的系数，g∈Rn是要求解的伴随向量；将(11)和(14)带入(13)，对式(14)求导，可得将式(11)带入(2)，然后将其再带入到式(16)，可得联合式(15)和式(16)，比较两个方程中xl的系数，我们可以得到然后基于式(18)，更进一步，我们可以得到著名的黎卡蒂方程，如下：比较式(15)和式(16)其它系数部分，我们可以得到关于的方程其中当式(7)中性能函数中的T趋近于无穷，则黎卡蒂方程趋于稳定，所以，当T→∞,那么从式(19)和式(20)，可以得到：其中P的值可以通过求解黎卡蒂方程(22)得到；当P和g从式(22)和(23)中解出，则拉格朗日因子λ的值可以从式(14)得出，则式(11)表示的无扰动切换补偿控制器α(t)可以被写成下面的形式：其中系数矩阵G由下面的式子给出：从式(25)中看出，求解出的无扰动切换补偿控制器α(t)的系数矩阵G是时不变的，因此离线算出，无扰动切换补偿控制器α(t)将驱动休眠模态的控制器实时跟踪活跃模态控制器，当切换发生时，即从活跃模态切换到休眠模态时，活跃模态控制器平滑的切换到休眠模态的控制器；步骤三：基于电流的PI控制器来补偿传统下垂控制引起的误差，因此传统的下垂控制方程改进为：其中是参考频率，是逆变器n的参考输出电压；是逆变器n的参考有功电流，是逆变器n的参考无功电流；m_n和n_n是下垂控制系数；I_dn是逆变器n的测量有功电流，I_qn是逆变器n的测量无功电流，δI_dn和δI_qn是从基于电流的PI控制器输出的作为下垂控制输入的补偿控制信号，具体可以表述为：将针对孤岛运行模式，基于所设计的基于电流的PI控制器，设计无扰动切换补偿控制器α(t)，将孤岛模式下的基于电流的PI控制器(27)写成休眠模态控制器(2)的形式；对逆变器n的有功电流和无功电流定义辅助状态向量，如下：那么从式(2)和式(27)，得到休眠模态控制器(2)的状态方程系数，如下：其中kIdn,kPdn和kIqn,kPqn是PI控制器的参数；最后，针对孤岛运行模态，结合式(28)、(29)根据步骤二给出的计算无扰动切换补偿控制器的方法，计算α(t)，保证当从并网运行模态切换到孤岛运行模态时的连续平滑的暂态性能；步骤四：考虑微网并网运行模态下的运行目标，设计相应的模态控制器，并且从孤岛运行模态切换到并网运行模态时的无扰动切换补偿控制器。